基于時-頻分析的虛擬式旋轉(zhuǎn)機械特征分析儀系統(tǒng)的研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機械在機械裝備中占有舉足輕重的地位，它們大多為生產(chǎn)企業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，因此，保證旋轉(zhuǎn)機械的安全可靠運行對企業(yè)和國民經(jīng)濟有重要的意義。旋轉(zhuǎn)機械特征分析是旋轉(zhuǎn)機械故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測的重要組成部分，其中的振動測試方法又是特征分析的主要手段，而特征信息提取技術(shù)的高低主要取決于相應(yīng)測試儀器的分析功能。目前的測試儀器對平穩(wěn)振動信號有比較成熟和完善的測試和分析手段，但在對以升、降速過程為代表的旋轉(zhuǎn)機械非平穩(wěn)振動信號的特征提取方面還缺乏完善而有效的分

2、析功能，這也意味著現(xiàn)有測試儀器在旋轉(zhuǎn)機械非平穩(wěn)振動信號的分析上還不能很好地適應(yīng)旋轉(zhuǎn)機械的高速化、精密化和自動化的發(fā)展需要。因此迫切需要對現(xiàn)有技術(shù)的進行補充和完善，并增加新的分析功能。 本文在對旋轉(zhuǎn)機械典型故障特征、傳統(tǒng)特征分析方法和非平穩(wěn)信號的時頻分析技術(shù)進行了詳細介紹的基礎(chǔ)上，將時頻分析技術(shù)引入旋轉(zhuǎn)機械特征分析領(lǐng)域；同時，對旋轉(zhuǎn)機械特征分析的主要手段——階比分析技術(shù)進行了深入研究，利用信號的瞬時頻率與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系提出

3、了實現(xiàn)階比分析的嶄新途徑，并在工程實踐中證明了這一途徑的正確性。 在課題研究中提出了基于瞬時頻率估計的旋轉(zhuǎn)機械階比跟蹤方法，該方法用時頻分析技術(shù)中的峰值搜索方法直接從原始振動信號中獲得旋轉(zhuǎn)機械多分量振動信號中與轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的瞬時頻率估計，并通過曲線擬合的方法獲得瞬時轉(zhuǎn)速曲線，最后實現(xiàn)了階比分析中的階比跟蹤采樣，成功解決了原來階比跟蹤方法中存在的需要轉(zhuǎn)速計、鑒相裝置等專門輔助硬件設(shè)備和由此產(chǎn)生的復(fù)雜安裝要求等問題，使階比分析實現(xiàn)途徑

4、得以簡化，并降低了階比分析的使用成本。 通過對階比跟蹤濾波方法進行了深入研究，針對原有硬件方法中存在的需要轉(zhuǎn)速計、跟蹤濾波器等專門硬件輔助設(shè)備和計算階比跟蹤濾波中使用分塊數(shù)字濾波會產(chǎn)生的邊沿效應(yīng)問題，提出了基瞬時頻率估計和零相位數(shù)字濾波的階比跟蹤濾波方法。該方法是對現(xiàn)有方法的發(fā)展和補充。 研究并實現(xiàn)了基于時頻濾波的階比分量提取。該技術(shù)采用了時頻分析中的Gabor變換，可有效地對旋轉(zhuǎn)機械振動信號中的階比分量信號進行重構(gòu)提取

5、，使對選定的階比分量進行單獨分析提供了可能。 基于以上研究成果，在實現(xiàn)了無需轉(zhuǎn)速計的旋轉(zhuǎn)機械階比分析，包括：階比譜分析、階比譜陣、跟蹤階比譜和階比分量提取等。這些分析功能的簡化實現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)機械特征分析儀器的成功開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 開發(fā)出虛擬式旋轉(zhuǎn)機械特征分析儀。該特征分析儀具有時頻分析功能和基于研究成果的階比分析功能，可實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)機械非平穩(wěn)信號特征信息的有效提取和分析，彌補了傳統(tǒng)儀器在非平穩(wěn)信號分析方面的不足，顯示了虛擬儀器