面向機械振動信號的壓縮采樣方法研究.pdf

1、對于直升機等工作在惡劣環(huán)境下的復雜機械設(shè)備，由于其工作環(huán)境的惡劣性及自身的結(jié)構(gòu)特點，部分關(guān)鍵部件不能冗余備份，如直升機的發(fā)動機至旋翼系統(tǒng)僅有一條負荷通道，任一部件出現(xiàn)故障都會對飛行安全構(gòu)成嚴重威脅。因此通過對設(shè)備振動信號進行采樣及分析，對機械設(shè)備進行包括狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷與壽命預測等內(nèi)容在內(nèi)的健康管理就顯得極其重要。
　　而復雜機械設(shè)備由于其部分關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)緊湊，運行和損傷動力學行為復雜，其健康管理對傳感器要求較高，信號獲取和處理

2、的難度較大。新興的壓縮感知理論（Compressed Sensing, CS）依據(jù)信號的稀疏性，可在較低的采樣率下完成高頻信號的采樣、存儲與重構(gòu)，為改進機械振動信號的獲取方式提供了嶄新的思路。
　　本文基于國家自然科學基金項目“面向直升機主減速器剩余使用壽命預測的狀態(tài)信號壓縮感知方法研究”，立足于解決面向機械振動信號故障診斷中的數(shù)據(jù)獲取問題，開展對機械振動信號的壓縮采樣方法研究，在保留振動信號故障特征和其他重要數(shù)據(jù)信息的前提下，力

3、圖實現(xiàn)機械振動信號的低采樣率采樣和精確重構(gòu)。主要研究內(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用于機械振動信號的理論基礎(chǔ)。針對機械振動信號特點，選取了頻譜恢復能力較強的調(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，對仿真信號進行了壓縮感知仿真實驗，精確重構(gòu)了信號頻譜，顯著降低了信號的采樣率，驗證了調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器模型對頻域稀疏信號壓縮采樣的有效性，并研究了噪聲及各模塊參數(shù)對模型的影響，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，應用調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器仿真模型對其進行壓縮感知采樣，利用軸承故障特征信號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特征頻率，完成了對1