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旋转机械非平稳信号特征分析仪开发

李之雄  
【摘要】: 旋转机械是使用最为广泛的一类机械设备,特别是大型旋转机械,常作为生产企业的关键设备,在国民经济各领域发挥着不可替代的作用。这些设备一旦发生故障后果严重。因此有必要对生产中的重要设备进行状态监控和故障诊断,以防患于未然。这就对信号的特征分析和提取技术提出迫切要求。传统仪器设备对平稳信号的特征分析和提取技术已经相当成熟,而对于富含丰富特征信息的非平稳信号的分析功能显得非常有限。因此有必要开发具有强大非平稳信号分析特征提取功能的虚拟仪器,以弥补传统分析仪器功能的不足。 本论文系云南省自然科学基金资助项目“旋转机械非平稳振动信号特征分析与提取技术研究”的子题目。本论文在以突出故障特征的方式简明地介绍了旋转机械故障诊断基本理论和从工程应用角度介绍了其所涉及到的线性时频分析理论的基础上,对时变滤波技术进行了深入研究。论文以信号处理基本流程为顺序确立了时变滤波的技术路线,并解决了其中一些关键技术问题:对非平稳信号预处理进行了大量研究工作,为其各处理环节安排了合理处理流程,解决了非平稳信号的抗频混数字滤波问题,剖析了时变滤波对窗函数的约束,给出了时变滤波分析窗函数和综合窗函数的选用准则;深入讨论了转速曲线的估计问题,实现了在有、无转速计条件下的转速曲线准确估计;导出了基于转速曲线的时变滤波筛选函数的一般表达式及其4种常用形式,并实现了利用筛选的Gabor系数重构时变滤波信号。为非平稳信号的跟踪滤波提供了崭新的数字滤波实现方式——基于GTGE(Gabor Transform Gabor Expansion)的时变滤波。 论文还进行了大量的后续处理研究:实现了单分量非平稳信号的Bode图、Nyquist图和轴心轨迹的绘制,深入研究了非平稳信号的等角度插值重采样问题,实现了基于转速脉冲的等角度插值重采样和基于转速曲线估计的无转速计等角度插值重采样,特别是针对后者重采样时标的计算中存在的误差积累问题,探索了一种新的基于单分量信号零点定标的无转速计等角度插值重采样方法,有效地消除了误差积累效应。 以LabVIEW为开发平台,在吸取前人研究的理论成果,并融入本研究新的理论成果的基础上,完成了“旋转机械振动信号特征分析虚拟仪器”的开发,实现了理论成果的技术化。根据研究需要成功完成了转子实验台模拟运行状态实验,采集了实验数据。并运用开发的旋转机械振动信号特征分析虚拟仪器,对实验数据进行了分析和特征提取,展示了虚拟仪器的强大分析功能。


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