循環(huán)平穩(wěn)和解調(diào)頻技術在故障診斷中的研究和應用.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機械周期性運行方式使得所產(chǎn)生的振動信號具有一定的循環(huán)平穩(wěn)性，因此利用循環(huán)平穩(wěn)分析方法能夠提取出平穩(wěn)假設下所不能得到的隱藏的故障特征信息。利用齒輪箱中齒輪和軸承故障時振動信號的循環(huán)平穩(wěn)特性的差異，建立齒輪箱的齒輪和軸承綜合故障診斷方法是本文研究工作的重點。為了利用循環(huán)平穩(wěn)分析方法，對描述循環(huán)平穩(wěn)特征的循環(huán)統(tǒng)計量進行詳細地研究是非常必要的。 由于循環(huán)平穩(wěn)信號的非平穩(wěn)特性，循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計量的估計值與信號的時間起點密切相關，也就是說在

2、計算循環(huán)自相關函數(shù)時，選擇不同的時延方式將會得到不同的計算結果，同時也會影響譜相關函數(shù)的頻移方式，這種狀況的出現(xiàn)導致了循環(huán)平穩(wěn)信息的多樣性。因此本文推導了不同形式譜相關函數(shù)間的對應關系，以便從不同的譜相關函數(shù)中提取出唯一的循環(huán)平穩(wěn)信息。 時域的離散化必然會導致循環(huán)自相關函數(shù)在循環(huán)頻率域的周期化，由于均方帶限信號的時延二次變換在時間變量上的帶寬是原信號的兩倍，因此對于剛好滿足Nyquist采樣定理的離散信號，其循環(huán)自相關函數(shù)在循環(huán)

3、頻率域?qū)⒉豢杀苊獾匕l(fā)生混迭。然而周期化后的譜相關函數(shù)則表現(xiàn)為分布在頻率和循環(huán)頻率譜相關平面上的獨立菱形區(qū)域，不會發(fā)生混迭?；谝陨戏治觯岢隽藢ψV相關函數(shù)的菱形支撐區(qū)進行逆Fourier變換的循環(huán)自相關函數(shù)的無混迭算法，解決了直接利用離散信號所引起的混迭問題。 本文在證明了循環(huán)周期圖是一無偏非一致估計的基礎上，進一步證明了時域平均和頻域平滑對循環(huán)周期圖的影響。從而發(fā)現(xiàn)，由于估計樣本的有限性，對于含加性平穩(wěn)噪聲的周期信號(一階循環(huán)

4、平穩(wěn))，譜相關函數(shù)在循環(huán)頻率域并不能完全抑制平穩(wěn)噪聲對周期成分的影響。功率譜和譜相關函數(shù)在處理這類信號時將會得到幾乎相近的信噪比(譜圖中周期成分與背景噪聲能量的比值)，利用譜相關函數(shù)并不會比功率譜更加有效。 通過分析齒輪箱中齒輪和軸承的運行機理，發(fā)現(xiàn)齒輪故障所引起的齒輪箱振動信號具有一階循環(huán)平穩(wěn)特性，而軸承故障所引起的齒輪箱振動信號卻具有二階循環(huán)平穩(wěn)特性。從循環(huán)平穩(wěn)與純循環(huán)平穩(wěn)理論的研究中發(fā)現(xiàn)，為了有效地抽取信號的循環(huán)平穩(wěn)特性，

5、必須剔除所有低階循環(huán)平穩(wěn)以排除干擾。將這一思路用在齒輪箱故障診斷中，提出了齒輪箱的齒輪和軸承綜合故障診斷方法。利用自適應譜線增強器(或同步平均)將齒輪箱振動信號中的一階循環(huán)平穩(wěn)成分提取出來，將其能量的改變作為齒輪箱中齒輪故障的判斷依據(jù)，對自適應譜線增強器的殘余信號再利用循環(huán)自適應濾波器，抽取出其中的二階循環(huán)平穩(wěn)分量，則作為齒輪箱中軸承故障的判據(jù)，從而達到有效地確定齒輪箱中齒輪和軸承故障狀態(tài)的目的。 本文在詳細分析了決定調(diào)頻信號的

6、邊頻帶分布的第一類Bessel函數(shù)基本性質(zhì)的基礎上，對調(diào)頻調(diào)幅現(xiàn)象共存時信號調(diào)制邊帶的非對稱分布進行了理論上的解釋，確定了調(diào)頻調(diào)幅在各種混合模式下信號調(diào)制邊帶對稱分布的條件。并找到了平方解調(diào)方法不能對調(diào)頻信號解調(diào)的根本原因--調(diào)頻信號的所有間隔相等的兩邊頻的復幅值乘積之和等于零。為了克服常規(guī)的解調(diào)方法不能處理調(diào)頻信號的這一缺陷，必須打破調(diào)頻信號邊帶的特殊性，為此本文提出基于時延二次非線性的相關域和循環(huán)相關域解調(diào)頻分析方法，以實現(xiàn)對調(diào)頻信