基于稀疏分段擬合與積分逼近的無轉(zhuǎn)速計階比分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于稀疏分段擬合與積分逼近的無轉(zhuǎn)速計階比分析方法。本發(fā)明對旋轉(zhuǎn)機械殼體振動信號進行基于FRFT的改進多尺度線調(diào)頻基稀疏信號分解，根據(jù)分解出嚙合頻率的動態(tài)時間支撐區(qū)對瞬時轉(zhuǎn)頻分段，在各分段內(nèi)采用2階多項式擬合轉(zhuǎn)頻曲線，根據(jù)擬合結(jié)果對各分段采用積分逼近方法代替方程求解，確定等角度重采樣時刻，從而準(zhǔn)確實現(xiàn)無轉(zhuǎn)速計下旋轉(zhuǎn)機械振動信號的階比分析。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)階比方法單個多項式整體擬合精度不高和方程求解困難、方程無解等因素影響階比分析精度的問題，有效實現(xiàn)了無轉(zhuǎn)速計條件下旋轉(zhuǎn)機械振動信號的階比分析，對旋轉(zhuǎn)機械變轉(zhuǎn)速工況狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷具有現(xiàn)實的工程意義。
【專利說明】基于稀疏分段擬合與積分逼近的無轉(zhuǎn)速計階比分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測與診斷領(lǐng)域，尤其涉及一種無轉(zhuǎn)速計階比分析方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 變速器作為一種旋轉(zhuǎn)機械，是車輛裝備重要動力傳輸裝置，其狀態(tài)的好壞直接影 響機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，甚至造成更大的經(jīng)濟損失，采用有效方法對變速器進行狀態(tài)監(jiān)測， 并及時診斷出早起微弱故障，對減少經(jīng)濟損失，維持設(shè)備高效運行，具有十分重要的現(xiàn)實意 義。
[0003] 變速器狀態(tài)監(jiān)測與診斷方法有多種，其中振動分析方法因其便于在線或離線監(jiān) 測，被廣泛應(yīng)用。變速器早期故障振動特征微弱，穩(wěn)態(tài)運行時難以充分體現(xiàn)微弱故障特征； 維修專家經(jīng)驗表明，變速器變轉(zhuǎn)速運行時的振動信號更能有效暴露微弱故障特征，但需要 有效的非平穩(wěn)信號分析方法進行特征提取。階比跟蹤是工程實際中常用的旋轉(zhuǎn)機械變轉(zhuǎn) 速過程信號分析方法，其關(guān)鍵是要根據(jù)轉(zhuǎn)速信息將等時間采樣信號重采樣成等角度采樣信 號，當(dāng)不具備轉(zhuǎn)速脈沖信號時，應(yīng)用受限。
[0004] 無轉(zhuǎn)速計階比分析，根據(jù)振動信號估計轉(zhuǎn)速信息，再等角度重采樣，該方法不需要 安裝轉(zhuǎn)速采集裝置，能分析現(xiàn)場沒有同步采集轉(zhuǎn)速信號的離線振動信號，在旋轉(zhuǎn)機械變轉(zhuǎn) 速過程分析中得到越來越廣泛的應(yīng)用。無轉(zhuǎn)速計階比的原理及其存在的問題如下：
[0005] 1.無轉(zhuǎn)速計階比分析原理
[0006] 無轉(zhuǎn)速計階比分析方法根據(jù)估計出的瞬時頻率，計算等角度采樣時刻，通過插值 實現(xiàn)等角度重采樣，具體實現(xiàn)過程如下：
[0007] (1)采用瞬時頻率估計方法，估計出參考軸瞬時頻率，對該瞬時頻率進行多項式擬 合，假設(shè)采用3階多項式擬合，則有：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于稀疏分段擬合與積分逼近的無轉(zhuǎn)速計階比分析方法，其特征是：對旋轉(zhuǎn)機 械殼體振動信號進行基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的改進多尺度線調(diào)頻基稀疏信號分解，根據(jù)分 解嚙合頻率的動態(tài)時間支撐區(qū)對瞬時轉(zhuǎn)頻分段，在各分段內(nèi)采用2階多項式擬合轉(zhuǎn)頻曲 線，根據(jù)擬合結(jié)果對各分段采用積分逼近方法代替求解方程，確定等角度重采樣時刻，從而 準(zhǔn)確實現(xiàn)無轉(zhuǎn)速計下旋轉(zhuǎn)機械振動信號的階比分析，具體步驟如下： (1) 在旋轉(zhuǎn)機械輸出軸軸承座徑向位置安裝振動傳感器； (2) 在旋轉(zhuǎn)機械變轉(zhuǎn)速工況下，采集一定長度的振動信號，信號長度需覆蓋整個變轉(zhuǎn)速 過程； (3) 采用基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的改進多尺度線調(diào)頻基稀疏信號分解對振動信號進行 分解，對分解出的嚙合頻率中間點進行三次樣條插值，根據(jù)插值后的嚙合頻率計算瞬時轉(zhuǎn) 頻； (4) 根據(jù)嚙合頻率對應(yīng)的動態(tài)時間支撐區(qū)Ii,i= 1，2, "·ΝΙ，其中NI為分解頻率對應(yīng) 的動態(tài)時間支撐區(qū)個數(shù)，對瞬時轉(zhuǎn)頻進行分段，并在各段內(nèi)進行2多項式擬合，得出轉(zhuǎn)頻分 段函數(shù)fi(t); (5)確定最大分析階次Omax，計算等角度采樣間隔Λ θ<π/Omax; (6) 計算區(qū)間Ii內(nèi)等角度重采樣后數(shù)據(jù)點數(shù)Nei ; (7) 積分逼近求解等角度重采樣時刻C ; (8) 根據(jù)Tn對振動信號進行插值，實現(xiàn)等角度重采樣，對等角度重采樣后信號進行快速 傅里葉變換，得到基于稀疏分段擬合與積分逼近的無轉(zhuǎn)速計階比譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏分段擬合與積分逼近的無轉(zhuǎn)速計階比分析方法，其 特征是：所述振動傳感器為壓電式加速度傳感器，安裝于旋轉(zhuǎn)機械輸出軸軸承座徑向殼體 位置上。
【文檔編號】G01P3/481GK104459186SQ201410746181
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】梅檢民, 肖云魁, 趙慧敏, 曾銳利, 周斌, 賈繼德, 沈虹 申請人:中國人民解放軍軍事交通學(xué)院