周期平穩(wěn)類機械故障信號分析方法研究.pdf

1、由于旋轉(zhuǎn)機械自身物理結(jié)構(gòu)及運行特點等因素的影響，其故障信號具有周期平穩(wěn)的特點，表現(xiàn)在其統(tǒng)計量具有周期性質(zhì)，它屬于一類特殊的非平穩(wěn)信號，使用傳統(tǒng)的基于平穩(wěn)理論的信號分析方法難以有效地提取故障特征。本文針對旋轉(zhuǎn)機械故障信號的周期平穩(wěn)性質(zhì)，研究應(yīng)用周期平穩(wěn)處理方法進行旋轉(zhuǎn)機械故障信號的分析及故障特征的提取。 首先，對旋轉(zhuǎn)機械故障信號的周期平穩(wěn)性進行了深入地分析研究：澄清了周期平穩(wěn)階數(shù)與最低周期平穩(wěn)階數(shù)的區(qū)別與聯(lián)系。以角度作為自變量的故

2、障信號嚴格周期平穩(wěn)性為基礎(chǔ)，研究了轉(zhuǎn)速波動對振動信號的周期平穩(wěn)性所產(chǎn)生的影響，指出由于轉(zhuǎn)速的波動，使用時域平均難以有效地降噪。對滾動軸承點蝕故障振動信號的周期平穩(wěn)性進行了分析，根據(jù)其寬頻帶的特征，提出了應(yīng)用帶通濾波和二階循環(huán)統(tǒng)計量相結(jié)合的方法進行故障特征的提取。 其次，在故障信號周期平穩(wěn)性的基礎(chǔ)上，對應(yīng)用循環(huán)矩分析進行故障特征提取進行了研究，推導了二階循環(huán)矩的解調(diào)原理，指出二階循環(huán)矩的解調(diào)作用實際上是譜差的結(jié)果。針對循環(huán)矩譜線較

3、雜亂，提出首先應(yīng)用Hilbert變換處理實數(shù)信號，再應(yīng)用二階循環(huán)矩進行特征提取的方法，有效地解決了譜線雜亂的問題。研究了循環(huán)頻率的搜索區(qū)間，指出信號經(jīng)過滯后積變換以后，可能會產(chǎn)生頻率折疊的情況，為了避免此問題，提出了相應(yīng)的解決方法。研究了滯后量選擇對循環(huán)矩分析的影響，針對數(shù)據(jù)長度有限的情況，提出了加權(quán)平均循環(huán)矩法進行譜圖的平滑。研究了循環(huán)頻率的搜索步長及快速算法等，將Chirp-Z變換引入循環(huán)矩的計算中，大大減少了計算量。對循環(huán)功率譜的

4、解調(diào)功能進行了推導分析，指出循環(huán)功率譜完全表征了信號的時域及頻域特征。從不同角度對循環(huán)功率譜的定義進行了分析，建立了各二階統(tǒng)計量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，推導了循環(huán)功率譜的估計方法及譜圖的平滑方法。研究了在前滯、對稱和后滯的滯后積形式下，時變矩及循環(huán)功率譜的表示形式，指出其異同。研究了二階循環(huán)統(tǒng)計量的混頻及倍頻作用，指出自混頻是譜差的推廣，通過非線性變換，能夠提高譜圖的相對頻譜分辨率。 對經(jīng)驗模式分解的端點效應(yīng)進行了分析，指出包絡(luò)線的誤差

5、及兩端極值點的不準確是其主要原因，根據(jù)經(jīng)驗模式分解失真逐漸嚴重的情況，提出采用變步長預測的方法進行端點問題的修正。對國家自然科學基金資助項目(50475078)；江蘇省研究生創(chuàng)新基金資助項目(XM04-23)希爾伯特變換的端點失真問題進行了研究，分析了希爾伯特變換的過程，指出由于傅立葉正、逆變換過程中所產(chǎn)生的誤差造成了端點失真，提出采用ARMA模型對數(shù)據(jù)進行延拓，以達到減少失真的目的。文章還研究了經(jīng)驗模式分解的濾波和降噪性能，指出其完全

6、在時域?qū)π盘栠M行分解，極大地保證了信號的原始特性，并和FIR濾波器的效果進行了比較，表明其具有較好的濾波效果。研究了經(jīng)驗模式分解的非正交性，指出自適應(yīng)性和正交性是一對矛盾，由于本征模式函數(shù)集的非唯一性，有可能造成分解結(jié)果與真實情況不一致的情況，因此，必須結(jié)合其他的分析方法對經(jīng)驗模式分解結(jié)果進行判斷。將皮爾遜相關(guān)系數(shù)引入經(jīng)驗模式分解精度的評價中，可以對不同層次的本征模式函數(shù)進行評價，進而評價各種改進方法的優(yōu)劣。針對循環(huán)矩、循環(huán)功率譜分析以