基于第二代小波的機(jī)械故障信號(hào)處理方法研究.pdf

1、隨著對(duì)安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量需求的不斷提高，當(dāng)機(jī)電設(shè)備偏離正常工作狀態(tài)時(shí)，要求能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行維修，因此設(shè)備的故障診斷技術(shù)成為當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)研究的一大熱點(diǎn)問題。第二代小波是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新的小波構(gòu)造理論，具有許多傳統(tǒng)小波變換無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在信號(hào)分析和處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為此，本文以機(jī)械設(shè)備的故障監(jiān)測(cè)和診斷為目的，系統(tǒng)地開展了第二代小波理論在信號(hào)壓縮、信號(hào)消噪、故障檢測(cè)以及故障模式分類方面的應(yīng)用研究。
　　首先，研究了第二

2、代小波濾波器的時(shí)頻特性，指出了采用第二代小波對(duì)機(jī)械故障信號(hào)分析時(shí)存在的問題。研究表明，第二代小波的尺度濾波器和小波濾波器在時(shí)域中是緊支撐的、對(duì)稱的，并且具有沖擊特征，可以用來(lái)提取故障信號(hào)中的瞬態(tài)沖擊特征；第二代小波濾波器在頻域中不具備理想的頻率特性，頻帶之間存在交疊；第二代小波具備分析非平穩(wěn)信號(hào)的能力，但是分析結(jié)果存在頻率混疊問題，因此在故障診斷中的應(yīng)用存在局限性。
　　其次，研究了第二代小波變換的頻率混疊問題，提出了抑制頻率混疊

3、的方法，為故障特征的有效提取提供了理論依據(jù)。分析了分裂操作、預(yù)測(cè)操作、更新操作以及合成操作的性質(zhì)，指出了第二代小波產(chǎn)生頻率混疊的原因和抑制頻率泥疊的方法；研究了冗余第二代小波的性質(zhì)，結(jié)果表明，冗余第二代小波在變換過程中不進(jìn)行分裂和合成操作，因此不僅可以抑制分析結(jié)果中的頻率混疊成分，而且使變換具備了平移不變性。從濾波器頻率響應(yīng)的角度解釋了冗余第二代小波包產(chǎn)生頻帶錯(cuò)位的原因，提出了消除冗余第二代小波包頻帶錯(cuò)位的修正方法。
　　再次，提

4、出了一種基于二維第二代小波變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)壓縮方法。在第二代小波變換和混合熵編碼的信號(hào)壓縮框架下，分析了旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的準(zhǔn)周期特性及其二維描述方法，提出了首先按照回轉(zhuǎn)周期將振動(dòng)信號(hào)從一維信號(hào)轉(zhuǎn)換為二維矩陣，然后再采用二維小波變換對(duì)其進(jìn)行壓縮和重構(gòu)的方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，有損壓縮與無(wú)損壓縮技術(shù)相結(jié)合可以在保證信號(hào)重構(gòu)精度的同時(shí)，進(jìn)一步提高信號(hào)的壓縮比；對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，采用二維小波變換進(jìn)行壓縮具有更好的壓縮性能。
　　然后

5、，提出了一種基于空間自適應(yīng)冗余第二代小波變換的信號(hào)消噪方法?？臻g自適應(yīng)第二代小波可以針對(duì)每一尺度上的每個(gè)樣本選擇最佳的預(yù)測(cè)器，從而能夠更好地鎖定信號(hào)的局部特征。冗余小波變換具有抑制混疊特性和平移不變特性，在信號(hào)消噪時(shí)能夠更加準(zhǔn)確地估計(jì)噪聲強(qiáng)度，并且可以緩解消噪后信號(hào)在奇異點(diǎn)處的吉布斯振蕩現(xiàn)象。因此，空間自適應(yīng)冗余第二代小波可以更好地應(yīng)用于信號(hào)消噪。試驗(yàn)結(jié)果表明，基于空間自適應(yīng)冗余第二代小波的信號(hào)消噪方法不僅可以提高信噪比、降低均方誤差，

6、而且能夠保留更多的瞬態(tài)故障特征。
　　最后，對(duì)冗余第二代小波包變換在機(jī)械故障檢測(cè)和故障模式分類中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。針對(duì)機(jī)械故障模式分類問題，提出了一種基于冗余第二代小波包的故障模式分類方法，該方法利用冗余第二代小波包提取故障特征參數(shù)，利用鄰域粗糙集對(duì)特征參數(shù)進(jìn)行屬性選擇。通過對(duì)滾動(dòng)軸承微弱故障進(jìn)行檢測(cè)以及對(duì)齒輪箱和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門機(jī)構(gòu)多種故障工況模式進(jìn)行分類，試驗(yàn)結(jié)果表明，基于冗余第二代小波包可以有效地檢測(cè)出機(jī)械振動(dòng)信號(hào)中的微弱故障