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基于自适应转频跟踪滤波的旋转机械阶次分析研究

戴功伟  
【摘要】:旋转机械在制造、航空、石化、冶金、电力等行业中应用广泛,为保证其长期、稳定运行,避免偶发或突发故障导致巨额损失和灾难性事故,对其运行状态进行振动分析是常用也是最有效的手段。对平稳振动信号的分析中常规方法日趋完善,但对升降速过程中典型非平稳信号尚缺乏完善的分析能力,难以适应旋转机械高速化、精密化、自动化的发展需求。阶次分析通过时-角域变换,将非平稳信号转换为平稳信号,较好解决了这一问题。 本文系统研究了计算阶次跟踪方法,对转速脉冲到达时刻计算进行修正,在使用一阶数值微分计算初始转速的基础上利用最小二乘五点三次平滑法进行对转速进行平滑处理,实现的方法计算量较小,有效提高转速精度,以满足后续分析的需求,同时对角域采样中的信号预处理和阶次谱分析进行了研究。 对常用的阶次分量提取方法进行对比,研究并改进基于角位移的Vold-Kalman自适应滤波方法。构造了以状态方程和观测方程为基础的信号模型,对跟踪滤波算法进行了改进,提高运算效率,在解耦邻近、交叉阶次的同时直接在时域中提取较复杂旋转机械各阶分量。提出结合EEMD与VKF,抑制各阶分量间的干扰,提供了分离滚动轴承故障阶次分量及对应调制分量的能力。 提出了基于转频跟踪带通滤波的旋转机械Bode图实现方法。对原始振动信号进行转频跟踪带通滤波,滤波后得到具有精确相位信息的一阶振动信号。通过其获取转子振动的精确幅值和相位,实现旋转机械Bode图。 在理论研究的基础上,基于VC6.0开发平台设计了一套面向旋转机械的数据采集和阶次分析系统。经需求分析和总体设计,进行数据采集硬件选型,在数据采集软件中能以多种采样模式、精确拾取旋转机械运行过程中的振动、转速信号。在阶次分析模块实现了转速曲线计算、角域重采样、阶次谱、三维谱阵、基于Gabor变换和Vold-Kalman跟踪滤波的阶次分量提取、伯德图等常用分析功能,并经试验验证系统的有效性与正确性。


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