旋转机械全息谱分析精度提高方法的研究

论文摘要

全息谱技术是旋转机械振动信号分析与故障诊断中的一项重要技术。基于FFT的传统谱分析基本能够满足常见的故障特征提取和故障分析的要求,但其不能有效地利用振动信号的相位信息,因此不能满足精密诊断和复杂故障诊断的要求,全息谱技术正是在这一情况下发展起来的。全息谱技术的主导思想是充分利用传统谱分析所忽略相位信息,集成了一个或多个截面上水平和垂直通道的振动信号的幅值、频率和相位信息,用合成的一系列椭圆来描述不同频率分量下转子的振动行为,因此比一般方法更能准确识别和诊断旋转机械隐含的故障特征。本课题以旋转机械全息谱分析技术为研究对象,研究并提高了全息谱在密集频谱和噪声情况下的分析精度,跟踪并实现了谐波小波轴心轨迹提纯,最后进行了全息谱分析系统的开发。具体研究工作如下:①在详细介绍全息谱技术测试原理的基础上,采用基于一阶数字微分和最小二乘五点三次平滑法来计算转速曲线,为准确获取工频提供保障。同时,通过分析比值校正法原理及具备更强抗噪能力的相位差校正法原理,发现现有的两种频域插值算法无法实现密集频谱校正,强调消除或弱化密集频谱及噪声对全息谱分析精度影响的必要性。②针对全息谱在密集频谱情况下精度降低的问题,研究并实现了基于频谱细化和相位差校正的全息谱。它是采用复解析带通滤波器选带细化方法对以阶次频率为中心的局部区间进行细化分析,通过提高频率分辨率从而消除密集频谱的影响,运用相位差法对细化区间内的最大谱峰进行频率、幅值、相位校正,准确地提取出各阶次的幅值、相位信息,最后合成全息谱图。仿真和现场实验研究表明,本文所研究的基于频谱细化和相位差校正的全息谱分析方法是正确而且有效的。③跟踪国内外轴心轨迹提纯研究研究状况,在综合分析现有轴心轨迹提纯方法优缺点的基础上,选用谐波小波提纯于本全息谱分析系统中,实现了算法过程,并用仿真实例验证了算法的正确性及有效性。④采用面向对象的编程技术以及VC++开发平台,开发了旋转机械全息谱分析系统,并利用实验数据对系统的各项功能模块进行了应用测试。测试效果表明本文所开发的旋转机械全息谱分析系统具有较好的工程应用价值

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 全息谱技术的研究背景
• 1.3 全息谱技术的研究现状及本课题的提出
• 1.3.1 全息谱技术的研究现状
• 1.3.2 本课题的提出
• 1.4 课题的研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 全息谱技术基础
• 2.1 全息谱技术测试原理
• 2.2 转速曲线计算
• 2.2.1 一阶数字微分计算转速的算法原理
• 2.2.2 转速曲线平滑方法
• 2.3 二维全息谱
• 2.3.1 二维全息谱的构成原理
• 2.3.2 比值校正法
• 2.3.3 相位差校正法
• 2.3.4 现有全息谱的不足分析
• 2.4 本章小结
• 3 基于频谱细化及相位差校正的全息谱研究
• 3.1 密集频谱校正法综合比较分析
• 3.2 基于频谱细化及相位差校正的全息谱的原理及算法
• 3.2.1 基于频谱细化及相位差校正的全息谱的原理
• 3.2.2 基于频谱细化及相位差校正的全息谱的算法实现
• 3.3 实验验证
• 3.3.1 仿真信号频率、幅值、相位精度比较
• 3.3.2 仿真信号全息谱参数精度比较
• 3.4 本章小结
• 4 轴心轨迹提纯
• 4.1 国内外轴心轨迹提纯研究现状
• 4.2 谐波小波的定义及原理
• 4.3 谐波小波提纯算法实现
• 4.4 实验验证
• 4.4.1 仿真实验
• 4.4.2 现场实验
• 4.5 本章小结
• 5 旋转机械全息谱分析系统的开发与应用
• 5.1 系统总体设计
• 5.2 系统硬件选型
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 系统界面设计
• 5.3.2 程序控制模块
• 5.3.3 数据读取模块
• 5.3.4 数据显示及参数设置模块
• 5.3.5 数据分析模块
• 5.4 旋转机械全息谱分析系统的实验验证
• 5.4.1 柔性转子实验台故障信号全息谱分析
• 5.4.2 转子不对中故障信号全息谱分析
• 5.4.3 转子失衡故障信号全息谱分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 后续研究与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目