降速工况下滚动轴承微弱故障特征信号提取新方法

研究降转速工况下滚动轴承微弱故障特征信号的提取,提出了一种基于计算阶次分析、三次样条插值分析与包络谱分析相结合的新方法。基于滚动轴承微弱故障实验测得的降速工况下的转速信号和振动信号,首先对转速信号在时域内积分获得角位移-时间信号,再对该信号进行线性插值获得等角度间隔的角位移-时间信号,然后利用该时间序列对振动信号进行三次样条差值获得等角度间隔分布的重采样振动信号,最后对重采样振动信号进行包络分析及快速傅里叶变换获得阶次包络谱。通过对滚动轴承微弱故障实验信号分析,表明该方法能有效提取出滚动轴承微弱外圈故障和滚动体故障特征信息。该方法为轴承微弱故障特征信号提取提供了一种重要手段,具有广泛的应用前景。     

旋转机械故障诊断阶次自相关跟踪算法设计

针对传统阶次跟踪方法应用范围的局限性,提出一种新型阶次计算方法—阶次自相关跟踪算法。该算法改变了传统阶次跟踪方法的转速信号采集方式、故障信号获取方式及角域重采样方式,从而使蕴藏于转速变化规律中的故障信息得以凸显。该方法仅凭旋转部件转速信号便可实现故障诊断,可与传统阶次跟踪法相结合,拓展阶次跟踪技术应用范围。对不同形式的故障信号进行仿真分析,结果表明阶次自相关跟踪计算结果准确可靠,在旋转机械故障诊断领域有一定应用价值。     

基于修正三次样条插值的红外SF6气体传感器高精度标定方法

针对红外SF₆气体传感器存在温漂及标定精度较低的问题，提出一种基于修正三次样条插值的传感器高精度标定方法。采集传感器在不同温度、不同体积分数下的输出电压，按照误差小于总量程的2%为标准设置插值步长，对输出电压-体积分数曲线进行三次样条插值。在此基础上，利用相对误差的平均值修正插值结果。通过线性插值对同一体积分数的温度进行补偿，最终得到SF₆气体体积分数预测模型。对6只红外SF₆气体传感器分别使用三次样条插值、三次Hermite插值和多项式函数拟合的方法进行数据插值标定。结果显示：采用修正三次样条插值的标定方法可将误差控制在1.2%以内，标定的数据合格率达到99%。该方法标定过程简单、精度高，并且考虑了温度的影响，可广泛应用于大批量红外传感器标定。     

虚拟制造系统中立体声音的合成方法研究

随着声音测量技术的不断进步,头部相关传递函数(HRTF)被广泛应用于三维声音合成中。提出在任意方向上实现HRTF插值的方法,在方法实现过程中,方位角方向采用简单线性插值方法,仰角方向采用三次样条曲线插值方法。同时采用插值误差对三次样条曲线插值结果与测量值进行了客观评估计算。采用该算法可以减少虚拟声音中HRTF的数据存储量,快速合成立体声音,增强虚拟制造系统中的方位感知和实时性。     

样条插值节点的自动选择算法研究

针对数字化数据处理的要求 ,采用首先生成局部近似高次曲线方程 ,再推导出近似曲线方程与样条插值曲线方程的最大误差函数的方法 ,提出了一种用于五次样条插值时自动选择插值节点的简单有效的算法     

2GSPS数字存储示波器插值算法

数字存储示波器在快时基档位工作时,由于实时采样率不够,仅能采集信号的少数样点,为了重构信号,必须进行插值。通过编程和仿真比较了三次样条插值、分段线性插值、三次插值、最邻近插值对几种不同波形的恢复结果,并计算和分析了相关的均方误差。考虑实际待测的信号的不可知性和复杂性,并权衡精度与速度,当待插信号的点数小于100点时,选用三次样条插值;当待插信号的点数不小于100点时,采用三次插值法。Matlab仿真表明,设计结果的各项性能指标均达到指定要求,设计过程简便易行。     

计算阶次分析中的采样率设置准则

针对旋转机械状态监测和故障诊断领域常用的计算阶次分析方法,分析了角域采样率准则,给出了计算公式;计算阶次分析实验中存在2次采样:时域采样和角域重采样.转速变化的影响使得1种采样相对另1种采样必然为变采样率的采样.变带宽跟踪抗混滤波难以实现,为此分析总结了只用1次定带宽抗混滤波——时域抗混滤波的采样率设置方法:时域采样率应根据最大转速来设置,否则会采样不足;角域重采样率则应根据最小转速来确定,否则会产生阶次混迭.     

基于平滑伪维格纳分布与阶次跟踪的汽车变速器啸叫噪声分析

运用平滑伪维格纳分布,结合阶次跟踪方法,进行汽车变速器啸叫噪声分析。首先,针对计算机运算的实现,提出平滑伪维格纳分布算法;然后基于瞬时频率估计,运用平滑伪维格纳分布,进行发动机转速信号的提取;结合分段三次埃尔米特插值多项式,在角域内进行信号的等角间隔重采样;运用平滑伪维格纳分布,进行变速器二挡噪声的时频分析与阶次跟踪分析,对啸叫噪声进行定性、定量分析。为变速器啸叫分析提出了新的方法。     

基于参数优化变分模态分解的变速工况下轴承故障诊断

针对旋转机械运行过程中轴承转速变动,微弱故障特征不易提取等问题,提出一种基于阶次跟踪和参数优化变分模态分解的特征提取方法。通过阶次跟踪将非平稳时域信号转化为平稳的角域信号,以核互信息为适应度函数,采用变异麻雀算法搜索变分模态分解的最优参数,最后根据模态分量的多尺度样本熵对轴承故障进行分类。仿真和试验结果表明,该方法在变转速滚动轴承故障信号中能有效提取微弱故障特征,实现轴承故障的动态诊断。     

非定比传动机械的计算阶次分析

研究非定比传动旋转机械非稳态信号的分析方法。由于可以避免传统频谱分析的“频率模糊”现象,阶次分析方法常被用来分析转速不稳定的机械信号。对传动比不确定的机械系统进行信号分析时,由于系统中存在不同的轴频,单一的阶次分析将难以满足要求,需进行多轴阶次分析。文中介绍多轴阶次分析的计算方法,对等时间间隔采样的信号,利用插值算法实现角域重采样,并在此基础上实现计算阶次分析。实例证明该方法可以在阶次域内将与不同轴频相关的信号进行分离,有效识别系统工况。     

任意凸轮曲线的高精度等速CNC磨削

基于凸轮磨削过程中恒磨削力要求恒线速度的加工机理,通过三次参数样条方程得到凸轮的理论曲线,采用微直线段取代微弧进给,得到砂轮轴心轨迹曲线的插补方法。分析了凸轮磨削精度、进给速度与插补参数之间的关系,实现凸轮曲线的高精度等速实时插补。该方法还可以推广到一般加工平面封闭曲线的CNC机床。     

三次多项式加减速算法的应用研究

为减少加工过程中速度突变对加工精度和效率的影响,数控系统应具有速度控制的功能.采用三次多项式加减速控制方法,并结合时间分割法插补原理,给出了直线段、圆弧段以及两者间的过渡轨迹的详细加减速控制算法,并提供了微小线段的加减速控制策略.文中提及的算法应用在笔者参与研发的桌面型开放式数控车床上,可以保证进给速度的柔性变化,从而...     

Tool path optimization in postprocessor of five-axis machine tools

Generally, tool path is generated in a computer-aided manufacturing software considering only the geometry of machining parts. It is converted into numerical control (NC) codes in the postprocessor based on the particular machine kinematics. For some special types of five-axis machine tools, e.g., non-orthogonal five-axis machine tools, the generated NC codes may produce unqualified parts because of the existence of the non-linear error. Conventional commercialized postprocessors usually do not have the function of non-linear error checking. Observing that the tool path is a non-smooth trajectory full of corners and a series of connected line segments, cubic spline interpolation is applied to smooth the tool path at regular points in this study. The cutter tip center points are computed by the cubic spine interpolation, while the cutter posture vectors are obtained via linear interpolation. At the splines (for regular points) and the line segments (feature points), more points are chosen to be converted into NC codes to reduce the non-linear error, which is called data densification. Using the cubic spline to smooth the tool path and the data densification to reduce the non-linear error, a novel tool path optimization algorithm in postprocessor is proposed. Experiments were carried out on an inclined rotary spindle axis non-orthogonal five-axis machine tool. It shows that the proposed tool path optimization provides improved accuracy and surface quality.     

始末速度不为零的S型加减速时间规划算法研究*

针对始末速度不为零的非对称S型加减速时间难以规划问题,把加速度曲线分为7个时间段,对关于加速度变化时间的方程组进行分析,化简为一元高次方程,并根据其变化的单调性构造其平方函数,使其转换为单一凸形函数,进而利用牛顿迭代求出其收敛值并根据效率最优原则和加速度、速度约束条件进行修正;对匀加速度时间的规划,直接根据其公式特点,转换为一元二次方程进行规划并根据效率最优原则和加速度、速度约束条件进行修正;对于匀速运动时间直接根据一元一次方程的解法进行规划。该算法解决了现有始末速度不为零的S型加减速时间规划过程复杂、繁琐问题,提供了一种简洁、高效的加减速时间规划算法。通过仿真与试验可知,本算法求解效率提高10.8%,插补效率提高1.32%,插补效果满足精度要求,同时证明了该算法简洁、高效、运行稳定、能够满足高速高精数控要求。     

可配置型五坐标B样条插补控制器的研制

针对采用五轴联动数控机床的线性插补功能进行数控加工存在的不足,提出了一种B样条插补控制策略用于五轴联动数控机床以实现复杂曲面零部件的高速高精数控加工。参考开放式、模块化体系结构控制器(OMAC)标准,开发了具有B样条插补功能的五轴联动数控机床运动控制器。该控制器将控制任务按照实时性要求进行划分。人机交互、代码解析及参数映射关系构造等过程离线完成,插补运算、离散逻辑控制及逆运动学变换等过程由实时线程执行,保证了数控系统的硬实时性。为简化NC程序的编制过程,控制器设计为接收工件坐标系下的加工信息。通过开发适应各种形式数控机床的逆运动学变换模块,并将机床参数设计为可用户定制,使得控制器具有良好的通用性。在控制器内部建立NC程序文件中位置曲线和方位曲线间的参数映射关系,使得机床平动轴与转动轴间的运动规划符合实际加工要求,并可保证加工精度。实际加工实验中,在采用B样条插补算法的NC程序量降低为线性插补NC程序量15%倍时,其插补误差为线性插补误差的45%,控制器插补精度为0.68,表明该B样条插补控制器可以满足五坐标数控加工的要求。     

基于分段三次样条曲线的高速加工平滑运动轮廓自适应算法研究

针对高速加工的需求,提出了一种基于分段三次样条曲线的机床运动轮廓自适应生成算法。该算法能够保证机床在高速运行过程中加加速度（加速度的变化率）的恒定、加速度的连续、速度与时间关系的一阶连续、位移与时间关系的二阶连续,并且保证在各自的约束范围内,从而使机床的运动平稳,避免产生大的冲击和振动。分析了速度、加速度、加加速度的约束条件以及机床行程对平滑运动轮廓的影响,根据这些约束条件,该算法自适应地调整速度变迁各阶段的时间。针对多个程序段的加工,提出了分段常速与平滑变迁控制的策略。该算法简单、有效,已在最新开发的国内第一台高速玻璃刻花加工中心上实现。     

凸轮位移数据的数学处理及误差分析

分别对凸轮轮廓曲线的实测位移数据应用三次样条插值和多项式最小二乘拟合两种处理方法进行处理，并对两种数学处理方法的误差进行分析，结果证明：仿制凸轮时对凸轮轮廓曲线的实测位移数据采用多项式最小二乘拟合方法比三次样条插值处理更为合理，利用多项式最小二乘法进行曲线拟合得到的类加速度曲线的光滑程度明显优于用三次样条插值得到的类加速度曲线。     

高质量加工中四次多项式速度规划算法研究

通过分析数控机床加工时常用的速度规划算法,针对加工过程中由于加速/减速时速度不平滑、加速度及加加速度突变导致数控机床振动的问题,提出一种四次多项式加减速控制方法,并给出了四次速度方程的详细推导步骤,然后介绍了基于四次多项速度规划的参数曲线插补方法。该方法能保证数控机床在高速加工过程中的速度、加速度及加加速度实现连续变化,缓解高速加工产生的过冲。仿真实验表明,四次多项式速度规划算法能够使机床实现柔性加减速控制,从而满足高质量加工的要求。     

Application of computed order tracking, Vold-Kalman filtering and EMD in rotating machine vibration

This paper presents a study on rotating machine vibration signals by using computed order tracking, Vold-Kalman filtering and intrinsic mode functions from the empirical mode decomposition method. Through the sequential use of intrinsic mode function and order tracking methods, both speed synchronous and non-synchronous vibrations that modulate orders in rotating machine vibrations are distinguished, which is difficult when using each of the techniques in isolation alone. Simulation and experimental studies demonstrate the ability of extracting vibrations that modulate order signals through combining the techniques.     

样条曲线插补速度规划算法的研究

设计了一种适合多种样条曲线（三次样条曲线,Bezier曲线和B样条曲线）插补算法,通过速度控制前瞻缓冲区设置,在保证加工精度的基础上,实现了系统在样条曲线插补过程中加减速处理,改善了插补速度曲线,并满足了机床加减速性能要求。