基于瞬时频率估计的自适应Vold-Kalman阶比跟踪研究

结合旋转机械启停阶段振动信号的特点,提出了一种基于Viterbi算法和短时傅里叶变换(STFT-VA)的瞬时频率估计算法,STFT-VA算法在高噪声、临近阶比和交叉阶比情况下有较高的精度.实现了基于STFT-VA算法的自适应Vold-Kalman阶比跟踪(AVKF-OT),和传统的以硬件实现的Vold-Kalman阶比跟踪(VKF-OT)相比,此方法具有无需转速计等硬件、用纯软件的方法实现.实验结果表明,该方法能够在时域中准确地提取幅值和复杂频率变化的阶比,适合于复杂旋转机械振动响应特征提取.     

基于瞬时频率估计阶比法的电机振动信号分析

电机转轴是电机中至关重要的精密零部件,运用信号分析的方法,可对电机转轴进行预估评价。为提高电机转轴的安全性,降低事故率,利用瞬时频率估计法与阶比法计算分析电机的振动信号,并进行电机实际缺陷情况下的验证试验。结果表明,基于瞬时频率估计阶比法能对信号进行有效降噪处理,准确地预测故障缺陷的具体位置。     

基于改进峰值搜索法的旋转机械瞬时频率估计

提出了一种用于提取转子瞬时频率的改进峰值搜索法,并将该方法应用于旋转机械阶比跟踪。改进的峰值搜索法将瞬时频率中相邻两点一阶导数的差值作为搜索峰值是否合理的判别条件,避免了传统峰值搜索法在干扰信号作用下提取到的虚假峰值,提高了瞬时频率的估计精度。仿真实验表明,改进的峰值搜索法能够降低干扰信号对瞬时频率提取的影响,效果优于传统的峰值搜索法。用该方法对实测转子升速振动信号进行阶比分析,取得了良好的效果。     

用多项式模型和自适应滤波估计瞬时频率

本文论述了非平稳信号瞬时频率(IF)的估计方法,包括基干最小均方误差(LMS)算法或递推最小二乘(RLS)算法的自适应IF估计方法和基于信号相位多项式模型的IF估计方法。对各种估计方法的估计方差与理论方差下限进行了比较。说明了,基于互Wigner分布的估计方法所需信噪比(SNR)门限值最低。在低SNR、短信号记录的情况下,用多项式相位模型与最大似然法可以获得比较可靠的IF估计。     

参数对自适应Vold-Kalman阶比跟踪影响的研究

对提出的基于瞬时频率估计的自适应Vold-Kalman阶比跟踪(AVKF_OT)新方法的实现过程进行了详细的描述。对影响AVKF_OT结果的三个主要的参数(权重因子r、滤波带宽BT和跟踪时间RT)进行了详细的分析,讨论了三个参数之间的关系,并以数学方式表达。通过仿真试验和卧式螺旋离心机验证了参数在AVKF_OT实现过程中的影响和作用。     

无转速计的旋转机械Vold-Kalman阶比跟踪研究

结合旋转机械升降速阶段振动信号的特点,提出了一种无转速计的旋转机械Vold-Kalman阶比跟踪方法。该方法利用能量重心法对振动信号进行频谱校正,估计瞬时频率,获得参考轴转速信号,再对振动信号进行Vold-Kalman阶比跟踪,提取阶比分量。与需要转速计的经典Vold-Kalman阶比跟踪方法相比,该方法无需鉴相装置,完全用软件方式实现,算法精度高。仿真和应用实例分析结果表明此方法能够在时域中准确地提取幅值和频率变化的阶比分量。     

基于分数阶傅里叶变换的邻近阶比分离研究

提出了一种基于分数阶傅里叶变换（Fractional Fourier Transform, FRFT）的邻近阶比分离方法。根据变速器输入轴转速信号及传动比确定FRFT最佳阶次,对变速器升速过程振动信号进行最佳阶次FRFT,在该分数阶域分离邻近阶比分量,并对分离出的单分量信号进行阶比分析。试验结果表明,根据转速信号确定FRFT最佳阶次,准确、快速、鲁棒性好,并具有自适应性;最佳阶次的FRFT能准确分离提取邻近阶比分量,对分离出的目标阶比分量进行单分量分析,能有效解决邻近阶比胶合问题。     

FFT幅相联合的快速高精度频率估计方法

快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）常用于信号频率估计,采用填零的方法可降低幅度谱频率搜索间隔的量化误差,但是会使频率估计的计算量成倍增加。本文提出了一种FFT幅相联合的快速高精度频率估计算法,首先利用信号采样的频谱序列和尾首样本差确定幅度谱及峰值位置,然后由频谱序列在幅度谱峰值位置和信号采样的尾首样本差来确定频率搜索间隔的量化误差校正值。因此,所提方法同时利用了幅度谱峰值的位置信息与相位信息。分析结果表明,与仅基于幅度谱搜索的FFT算法相比,所提方法的计算复杂度更低,且定位精度更高。     

旋转机械非稳定信号的伪转速跟踪阶比分析

旋转机械非稳定信号阶比分析技术，是旋转机械特征分析的重要内容。本文提出并介绍了用时频分析技术中的瞬时频率估计实现伪转速跟踪阶比分析的方法。和传统方法相比，本方法无需转速计和鉴相装置等辅助硬件手段，简化了阶比分析的实现。介绍了借助本方法实现的阶比谱、阶比谱阵和跟踪阶比谱等阶比分析技术的方法，并通过实际测试验证了其有效性。本方法是对已有方法的有力补充，特别适合虚拟测试仪器发展的要求。     

一种基于相位匹配的高精度估计正弦信号频率新方法

为高效估计出正弦信号频率,从离散傅里叶变换定义式出发,总结出其本质是利用相位匹配原理使信号矢量序列求和最大.据此推导出任意频段的离散傅里叶变换计算方法,该方法可实现信号频率的高精度估计.推导出相应的变换矩阵,分析了该方法的各种特点,最后进行了仿真验证.     

基于时频分析及阶比跟踪的曲轴轴承故障诊断研究

针对发动机曲轴轴承磨损故障诊断中测取的机体振动信号非平稳、频率成分随转速变化的规律不明确等特点,将时频分析及阶比跟踪算法应用于故障诊断中。在匀速及加速工况下分别将曲轴轴承间隙调节为0.08、0.2及0.4mm后采集机体振动信号,结合同步采集的转速信号及外卡油压信号对振动信号进行时频分析和阶比跟踪后发现,振动信号存在明显的108阶比成分和2600~3100Hz频带成分。随着曲轴轴承间隙的增大,108阶比成分有增强的趋势,而2600~3100Hz频带成分有减弱的趋势。对加速工况下上述两部分信号成分提取参数发现,曲轴轴承正常、轻微及严重磨损工况的参数分别分布在0.0027、0.0100及0.0350附近,提取的参数能有效的区分出这些工况。     

基于阶次跟踪的变速箱啸叫噪声分析

运用阶次跟踪的分析方法,研究了某车型手动变速箱的二挡啸叫噪声现象。首先,在阶次跟踪的等角度间隔重采样算法中,提出用分段三次埃尔米特（Hermite）多项式代替传统的最小二乘法多项式拟合变速箱输入轴转速曲线,再分段对其积分得到变速箱输入轴转角表达式,提高了转速拟合与阶次跟踪分析的精度;然后,把短时傅里叶变换（STFT）用于阶次跟踪分析;最后开展了啸叫噪声的实车实验,结合变速箱噪声实验的主观评价经验,定量地分析和研究了变速箱的二挡啸叫现象。     

发动机变速阶段振动信号时频分析阶比跟踪研究

发动机变速过程产生的振动复杂多样,具有周期性和频率倍增等特点。阶比跟踪是一种用于旋转类机械系统动态设计、故障诊断和状态监测的重要方法。阐述了阶比跟踪的国内外发展及技术情况。G abor变换是一种可逆的联合时频变换,通过研究G abor变换及满足信号时域重构的对偶函数双正交条件,采用在时频域进行带通滤波的方法来进行阶比跟踪,能够得到各阶比成分的时域重构信号。克服了采用传统等角度重采样后进行傅立叶变换方法不能在时域内提取阶比信号的不足。     

基于自适应频率跟踪的基波提取算法应用研究

为了消除基波提取中频谱泄露和栅栏效应的影响,实现快速准确地提取基波分量,完成校验仪比差、角差的精确计算,在互感器校验仪自动检定系统中采用基于自适应频率跟踪的基波提取算法来完成基波提取。在互感器校验仪自动检定系统自动检定的过程中,待检校验仪采集检定装置输出的信号并提取信号的基波分量,计算出比差、角差值。系统上位机对计算结果进行比较分析,判定出该待检校验仪对互感器的检定效果。仿真实验表明,该基波提取算法可以稳定地跟踪频率缓变,跟踪误差控制在0~0.02 Hz之间;该检定系统对比差和角差的检定精度分别达到0.002 8%和0.012%,即系统检定精度可以达到0.05级。检定结果表明该算法可以实时跟踪和记录电网频率为50,50.5 Hz时的微小波动状况,同时克服因波动引起的基波频率缓变,从而大大提高基波分量提取的准确性。研究结果表明该基波提取算法在互感器校验仪检定工作中具有一定的有效性和实用性。     

基于Hanning自卷积窗函数的短时傅里叶变换

针对频谱泄漏对短时傅里叶变换(STFT)产生的影响,将卷积窗函数引入到STFT中.本文研究了STFT的算法、卷积窗函数的定义及特性、Hanning自卷积窗函数的性能,通过实验比较了Hanning窗函数、2阶Hanning自卷积窗函数及4阶Hanning自卷积窗函数的STFT分析性能.仿真结果表明使用Hanning自卷积窗函数提高了STFT的时间和频率分辨率,且随着卷积窗函数阶数的提高分析效果越明显.     

旋转机械阶比跟踪中的阶比交叠噪声消除

旋转机械的升/降速过程的阶比分析中测试数据容易受到阶比交叠噪声分量的干扰,使得分析结果失真甚至无意义.提出了对测试数据先用独立分量进行分解,将混合信号中的阶比分量和非阶比交叉噪声分离为不同独立信号分量,在此基础上再对分离出的阶比分量信号对应独立信号分量进行阶比跟踪分析,解决了阶比跟踪分析中的交叠噪声干扰问题.对Gabor阶比跟踪和独立分量分析的基本原理进行了简要介绍,在此基础上提出了本方法的实现方案,并在阶比分析中解决了独立分量分析具有的不确定性问题.通过仿真试验和实际测试对本方法的有效性进行了评价.     

矩形窗三点插值傅里叶变换高精度频率估计方法

针对电力系统信号频率估计的高准确性要求,该文提出一种基于矩形窗的三点复频域插值频率估计方法。所提出的方法首先采用矩形窗对信号加权处理,然后进行离散傅里叶变换,最后选择离散频谱中幅度最大的三根谱线进行复频域插值,得到频率估计结果。该方法同时考虑离散频谱中的正、负频谱,消除短程和长程频谱泄漏对频率估计误差的影响。采用主瓣最窄的矩形窗进行加窗,能最大程度地减少白噪声对频率估计误差的影响。仿真和实验结果表明：在不同周期和噪声强度情况下,所提出的方法均可以实现对信号频率的准确估计。在与已有的加窗插值傅里叶变换方法相比,该文所提出的插值算法抗噪性更好、频率估计误差更小,适用于对电力系统信号频率的准确估计。     

基于瞬变工况阶比跟踪的内燃机监测方法研究

提出一种瞬变工况阶比跟踪方法。对于瞬变工况信号进行数据预处理,使其满足计算阶比采样条件,通过重采样插值技术,将等时间采样信号(Δt)变为等转角信号(Δθ),然后进行阶比跟踪。对于瞬变工况下内燃机连杆故障时振动信号阶比跟踪结果表明,该方法能有效地提取故障的特征,达到内燃机状态监测目的。     

基于瞬时频率转速提取算法的汽车排气噪声分析

对某卡车发动机排气噪声信号分帧处理,由短时自相关分析得到去除非转速相关随机噪声的信号序列,对该序列进行短时傅里叶变换得出时间-频率能量分布图;基于瞬时频率转速提取算法,利用改进谱峰值搜索法估计发动机瞬时频率进而得到转速曲线。利用该转速信息对原发动机排气噪声信号按等转速间隔切片进行谱阵图分析,确定发动机排气噪声与转速之间的对应关系,分析出主要阶次信息、敏感频率和转速,实现了基于瞬时频率估计转速提取算法的排气噪声分析,为排气系统的设计与优化提供理论参考。     

一种改进的自适应格型陷波频率估计算法及其收敛性分析

自适应陷波器的内部结构使得非二次型误差曲面收敛至局部最优,导致陷波参数停止调整而不能够持续稳定地跟踪信号频率的变化。本文利用滤波增强信号与原始信号的相关性,设计了一个频率跟踪质量评价因子,根据频率跟踪质量可实时监测并自动调整陷波参数。据此原理,本文提出一种改进的自适应格型陷波频率估计算法。仿真结果与理论分析均表明,本文方法在不增加计算量的前提下,较大幅度地提高了算法的收敛速度和持续跟踪精度,证实了本文算法优于原有的算法。