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旋转机械振动信号时频分析及软件系统

陈健林  
【摘要】:在系统深入研究了动态信号分析中的频谱校正技术、时频分析方法和动态信号分析虚拟仪器系统软件的基础上,主要进行以下三方面工作: (1) 针对实际工程中旋转机械转速不稳定时频谱所出现的的严重的能量泄漏现象,在分析离散频谱校正理论及校正方法的基础上,研究了旋转机械转速不稳定工况下振动信号的幅值校正技术。文中所采用的多点卷积幅值校正技术能有效地减小由于转速不稳而导致的较大幅值误差,研究表明,该方法具有较高的精度,抗噪声能力强,校正方法快速简单,不依赖于窗函数的特点。 (2) 研究了三维功率谱阵技术、Wigner-Ville分布、Hilbert-Huang变换这三种时频分析方法的特性及计算机实现方法。三维功率谱阵技术是对振动调制信号进行时频分析的一种有力工具,尤其分析调幅信号效果更好,但由于三维功率谱阵分析是采用传统的FFT谱分析方式,当频率在分析窗内存在较大波动时,其分析效果受到限制。Wigner-Ville分布是一种优良的时频分析方法,能对瞬态信号的频率进行准确的时间定位,在分析时变信号时比三维功率谱阵分析效果更好,本文给出了其计算机实现的快速算法。另外,本文研究了几种减少Wigner-Ville分布交叉项的方法和它们的计算机快速实现方法,研究表明,这些方法能有效的减少交叉项的影响,从而一定程度上提高Wigner-Ville分布的工程应用能力。文中将减少交叉项的时频分析方法应用在转子实验台的油膜涡动故障信号时频分析中,结果表明该方法能有效地分析故障信号的时频特征。同时研究了Hilbert-Huang变换的端点效应、阈值选取、采样频率选取及其实现算法,研究表明,它能有效地将复杂的时变信号分解为一系列的内部模态函数,结合Hilbert变换,能对信号的时频结构进行有效的分析。 (3) 研究MATLABVisual C++混合编程的思想和方法,并采用动态信号离散频谱分析领域最新研究成果,基于虚拟仪器设计思想,研制一套方法新、功能全、速度快、实时性好、精度高的基于WINDOWS的通用动态信号分析虚拟仪器软件系统,在系统的研制中负责数据采集模块、部分信号处理等模块的设计。


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