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《多分量振动信号时频分析与应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第16卷第2期振动工程学报Vol.16No.22003年6月JournalofVibrationEngineeringJun.2003多分量振动信号时频分析与应用研究杨国安高金吉(北京化工大学设备诊断工程研究中心北京,100029)摘要定义了一种新的L.Cohen类时频分布的动态组合核函数,并给出了设计方法。该核函数基于信号特征,在模糊面内核函数是动态和可变的,克服了固定形式的核函数只能分析单一信号的缺点,能同时分析由单频率信号、脉冲信号和多个线性调频信号组成的多分量信号。在机械设备故障诊断中,核函数的参数随机械运动参数的变化而变化,可同时提取旋转机械的谐波分量和脉冲信号,
2、处理机器变速过程中的转速调频、零件冲击和固有频率等的多分量振动信号的识别。仿真和实例分析表明:动态核函数能很好地去除交叉干扰项,提高分辨率,同时又证明了该方法的实用性和有效性。关键词:信号分析;时频分布;核函数;故障诊断中图分类号:TH165.3*并且,T12(t,)=T21(t,),把该项称为双线性[1]引言时频分布的交叉项或干扰项。因为干扰项的存在,在时频面上给正确而直观地识别信号项(自项)带来时频分布是两维函数,它很好地表明了在时频困难,以至无法解释分布的特征。大部分机械故障信面上信号的能量分布状况。近20年来在各个领域都号是多分量信号,如对于具有N个分量的信号会产
3、得到了广泛的应用。L.Choen提出的L.Choen类时N(N-1)生个干扰项,干扰项的个数随N的增加2频分布统一了在此之前所提出的各种时频分布。2按N增加。如何降低双线性时频分布的干扰项近即,若令Ts(t,)为信号s(t)的双线性时频分[1～4][1]10年来许多学者提出了一些很好的方法,但这布,就有如下定义∞∞些方法在实际应用中都有一定的局限性,用在机械1-jt-jTs(t,)=A(,)(,)edd2∫-∞∫-∞振动信号分析及故障诊断方面都有不尽如人意的地(1)方。其中在机械设备故障诊断中,对机械振动信号的处∞理、研究是找出故障原因的前提,如起速
4、过程是一个*jtA(,)=∫s(t+)s(t-)edt(2)-∞22变速过程,振动信号特征可以被看成是多个调频信为信号s(t)的模糊函数,对模糊函数的加权函号与多个单频率信号和脉冲信号之和。分析这类信数(,)定义为核函数,该核函数也就决定了双线号用目前已有的时频分布方法很难满足要求。因此,性时频分布的性质。由于信号的双线性时频分布不本文拟提出一种动态组合核函数方法,所谓动态组是线性函数,所以多频率成份信号的时频分布中包合核指核函数是可加的且其位置和形状是变化的,含有交叉干扰项,在数学上作如下解释:能随机器运动的改变调整其参数。考虑最简单的情形,假定有一个二分量
5、信号s(t)=s1(t)+s2(t)(3)1动态组合核设计将其带入式(1),可得T(t,)=T11(t,)+T22(t,)+假定起速过程是一个匀变速过程,振动信号特T12(t,)+T21(t,)(4)征可以被看成是多个线性调频信号与多个单频率信其中号和冲击信号之和。因此提出如下动态组合核函数∞1*-j的概念。T12(t,)=s2(t+)s1(t-)ed2∫-∞22定义动态组合核函数如下(5)收稿日期:2002-07-04;修改稿收到日期:2002-12-13134振动工程学报第16卷(,)=1(,)+2(,)+⋯+n(,)=
6、k±h(12)n=1,2,⋯(6)1其中k见图1,因此k可写成k=r×;h代表平[1]1该核函数应满足下列条件:行带等高线在轴上的截距,表征了平行带的宽度。(1)核函数是动态的、可加的;当旋转机器有故障时,通常会在工频及其谐波(2)n(,)为实的、非负函数;分量上有所显现,机械变速运转时工频分量及谐波(3)(0,0)=1,保证总能量守衡;分量被调频,所以应设计多个1(,)。考虑到谐波22(4)当0时,(,)1;且当1+1>与工频具有倍频关系,因此可通过建立式(12)中k22与工频及倍频之间的关系分别定出参数1、1、r,有2+2时
7、,(1,1)<(2,2)。保证核函数沿模糊几个调频分量就重复加几次1(,)。平面的径向远离坐标原点方向是递减的。取如下调频信号进行分析对于机械振动信号,以旋转机械为例,信号模型c2jt+jt如下式s(t)=e20(13)s(t)=s1(t)+s2(t)+s3(t)+n(t)(7)瞬时频率式中s(t)为传感器采集信号;s1(t)为相加性信号(t)=ct+0(14)分量;s2(t)为调幅信号分量;s3(t)为调频信号分量;此时=-c(15)n(t)为噪声分量。式(14)、(15)
