面向機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的壓縮采樣方法研究.pdf

1、對(duì)于直升機(jī)等工作在惡劣環(huán)境下的復(fù)雜機(jī)械設(shè)備，由于其工作環(huán)境的惡劣性及自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，部分關(guān)鍵部件不能冗余備份，如直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)至旋翼系統(tǒng)僅有一條負(fù)荷通道，任一部件出現(xiàn)故障都會(huì)對(duì)飛行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此通過(guò)對(duì)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣及分析，對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行包括狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷與壽命預(yù)測(cè)等內(nèi)容在內(nèi)的健康管理就顯得極其重要。
　　而復(fù)雜機(jī)械設(shè)備由于其部分關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行和損傷動(dòng)力學(xué)行為復(fù)雜，其健康管理對(duì)傳感器要求較高，信號(hào)獲取和處理

2、的難度較大。新興的壓縮感知理論（Compressed Sensing, CS）依據(jù)信號(hào)的稀疏性，可在較低的采樣率下完成高頻信號(hào)的采樣、存儲(chǔ)與重構(gòu)，為改進(jìn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的獲取方式提供了嶄新的思路。
　　本文基于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“面向直升機(jī)主減速器剩余使用壽命預(yù)測(cè)的狀態(tài)信號(hào)壓縮感知方法研究”，立足于解決面向機(jī)械振動(dòng)信號(hào)故障診斷中的數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題，開(kāi)展對(duì)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的壓縮采樣方法研究，在保留振動(dòng)信號(hào)故障特征和其他重要數(shù)據(jù)信息的前提下，力

3、圖實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的低采樣率采樣和精確重構(gòu)。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　（1）研究壓縮感知基本理論及調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器（Modulated Wideband Converter,MWC）等模擬信息轉(zhuǎn)換（Analog to Information Conversion，AIC）技術(shù)，研究了壓縮感知理論應(yīng)用于機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的理論基礎(chǔ)。針對(duì)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn)，選取了頻譜恢復(fù)能力較強(qiáng)的調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器模型用于其壓縮采樣研究；
　?。?）基于Sim

4、ulink搭建了調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器的壓縮采樣仿真模型，對(duì)仿真信號(hào)進(jìn)行了壓縮感知仿真實(shí)驗(yàn)，精確重構(gòu)了信號(hào)頻譜，顯著降低了信號(hào)的采樣率，驗(yàn)證了調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器模型對(duì)頻域稀疏信號(hào)壓縮采樣的有效性，并研究了噪聲及各模塊參數(shù)對(duì)模型的影響，完善了調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器模型；
　?。?）建立了軸承外環(huán)故障仿真信號(hào)，應(yīng)用調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器仿真模型對(duì)其進(jìn)行壓縮感知采樣，利用軸承故障特征信號(hào)在低頻段的頻譜稀疏性，以50Hz的采樣率精確采樣了故障信號(hào)特征頻率，完成了對(duì)1