全息动力谱分解技术及其在机械故障诊断中的应用研究

为实现机组高频故障的早期捕捉和确诊，提出基于位移信号的机组转子动力特性全息动力谱分析方法，以进一步突出转子振动位移信号中高频分量信息在故障谱图中的作用。进行理论推导，并对其有效性进行试验验证。结果表明，全息动力谱不仅可保持振动位移信号的优越特性，而且对机组高频动力特性的变化反映更为敏感。     

基于全相位FFT的故障信号检测方法

针对机械系统中的机械故障信号检测,首次提出了一种通用的全相位FFT检测方法.全相位FFT就是自身的频谱分析功能来实现对信号相位、频率和振幅的判决,所得到的相位没有误差,振幅误差也远小于基于FFT的检测技术.通过理论分析和MATLAB仿真,全相位FFT检测得到的信号相位误差为0,频谱校正后的振幅和频率误差也非常低,表明了该方法在故障信号检测中的可行性和正确性.     

基于全相位FFT的介质损耗因数测量算法的研究

全相位FFT频谱分析法具有优良的抑制谱泄漏性能及相位不变的特性,在工程上展现出了其重要的应用价值。虽然全相位FFT理论上具有相位不变的特性,相位无需校正,然而实际运用时,由于数据采样时间不能关于零点对称,即无法测得初相位,要想利用全相位FFT算法来求介质损耗因数,依然需要求得精确的频率来求解基波初相位。文章从实际应用出发,提出利用全相位FFT进行介质损耗因数的测量,并利用相位差校正法进行频谱校正,实现了从任意时刻点测量初相位,理论分析了算法实现过程。最终,通过计算机仿真,验证了该算法在频率波动、谐波干扰下能够有效提高介质损耗因数的测量精度。     

一种基于对角切片高阶谱的故障识别方法

针对轴承故障信号中调制信号二次相位耦合的特点,提出了一种基于对角切片高阶谱的故障识别方法。该方法利用希尔伯特变换构造原始信号的解析信号,在高阶谱分析的基础上求其对角切片谱,可以有效地分析二次相位耦合引起的非线性信号。通过理论分析和轴承故障诊断实例,表明该方法可以有效地抑制噪声,提取振动信号的非线性特征,完成对轴承外圈故障和内圈故障特征的识别。     

基于ITD和切片双谱的滚动轴承局部损伤故障诊断

针对滚动轴承局部损伤故障诊断问题,提出一种基于本征时间尺度分解(ITD)和切片双谱的故障诊断方法。首先利用ITD方法将轴承故障信号分解为若干个合理旋转(PR)分量,然后对PR分量进行包络解调,并计算其切片双谱,提取轴承故障信号由于二次相位耦合产生的非线性特征,确定轴承故障类型。为加快分解速度并减少分解运算量,对ITD方法迭代终止条件进行改进。对仿真信号的分析表明,ITD方法对信噪比较低的信号具有很好的分解效果,并验证了切片双谱在抑制噪声和剔除非二次相位耦合谐波方面的优势。     

基于电弧光谱的钢熔化极惰性气体保护焊质量判识

通过对熔化极惰性气体保护电弧焊(MIG焊)电弧光谱分布进行采集,研究其光谱分布的基本特征,并基于光谱分布的分析,通过预设干扰因素,对不同特征谱段光谱信号随焊接过程的变化进行采集,寻求MIG焊接质量在线光谱测控的理论依据和工程实现.研究结果表明,MIG焊电弧光谱在不同谱段存在金属谱线和Ar谱线聚集区.在不同弧长下的不同熔滴过渡形态,其光谱信号在特征谱段得到明显反映,电流变化引起的焊道变宽也有很好的特征信号;不同干扰因素引起的焊接缺陷,在焊接电弧光谱信号不同谱段的分布和变化规律不同,通过对特征谱段信息的采集,可以获得关于焊接过程信息的特征信号,从而实现对MIG焊接质量的分类判识.     

基于双窗全相位FFT双谱线校正电力谐波分析

基于快速傅里叶变换的电力谐波分析在非同步采样情况下存在频谱泄露,影响测量精度。为抑制频谱泄露对谐波分析的影响,分析对比了双窗全相位FFT与传统加窗FFT在抑制频谱泄露方面的特点,并通过计算证明了双窗全相位FFT在电力谐波分析中的独特优势。针对全相位频谱分析通常采用的时移相位差法存在计算量大、实时性差及存在相位模糊现象等不足,提出了一种基于双窗全相位FFT双谱线校正的谐波分析算法,利用基波频点附近的两条谱线幅值计算基波频率,进而推导了简洁实用的谐波幅值校正公式。该算法实现方便,且实时性优于相位差法。通过与传统加Hanning窗、Nuttall窗插值FFT的仿真对比验证了新算法具有更高精度,基于该算法的实验结果也验证了算法的有效性。     

基于峰度的电力变压器铁芯松动故障在线监测方法

本文提出一种对电力变压器铁芯松动故障进行在线监测和估计的方法。通过改变变压器铁芯的压紧力得到模拟松动故障情况下的铁芯振动信号,使用谱峰度方法验证并分析了变压器铁芯振动信号中高频分量的冲击特性,在此基础上采用小波变换对铁芯振动信号进行分解,对分解得到高频分量计算其峰度值并用以监测铁芯压紧力的减小趋势。对实验变压器不同测点的多组数据分析表明,谱峰度能有效检测铁芯振动信号中的较高频率冲击成分及铁芯压紧力发生较大变化的情况,铁芯振动信号小波域中高频成分的峰度值能够很好的反映出铁芯压紧力变化的趋势。本方法准确的表述了铁芯振动信号中与松动故障相关的统计特性,为电力变压器铁芯的故障监测提供了一种可行的方法。     

基于双窗全相位FFT双谱线校正的电力谐波分析

基于快速傅里叶变换的电力谐波分析在非同步采样情况下存在频谱泄露,影响测量精度。为抑制频谱泄露对谐波分析的影响,分析对比了双窗全相位FFT与传统加窗FFT在抑制频谱泄露方面的特点,并通过计算证明了双窗全相位FFT在电力谐波分析中的独特优势。针对全相位频谱分析通常采用的时移相位差法存在计算量大、实时性差及存在相位模糊现象等不足,提出了一种基于双窗全相位FFT双谱线校正的谐波分析算法,利用基波频点附近的两条谱线幅值计算基波频率,进而推导了简洁实用的谐波幅值校正公式。该算法实现方便,且实时性优于相位差法。通过与传统加Hanning窗、Nuttall窗插值FFT的仿真对比验证了新算法具有更高精度,基于该算法的实验结果也验证了算法的有效性。     

弓网动态熄弧装置研究

电力机车弓网接触的动态特性,是保证机车可靠运行的重要技术特征.机车高速运行时弓网间离线产生的电弧,对机车安全运行会造成一定的影响.文中对如何消除弓网间离线产生的电弧作了一些探讨,提出了熄弧的方法,并研究设计了熄弧装置,希望对机车的安全运行有所帮助.     

计及负频率的极高频信号离散频谱校正新方法

对于机械振动与故障诊断等领域中常见的极高频(接近奈奎斯特频率)信号,传统的离散频谱校正方法存在着较大误差,负频率成分干涉严重是影响其频谱分析精度的重要因素。为提高极高频信号的频谱分析与校正精度,给出了一种计及负频率影响的离散频谱校正新方法。该方法基于Blackman窗,依据离散频谱的周期性并利用局部谱峰附近的3条谱线,建立包含正负频率贡献的离散频谱校正模型,通过对模型的求解获得频率、幅值和相位校正公式。采用频段内扫描的方式对频谱校正公式进行了仿真验证,结果表明所提方法可有效降低负频率成分对极高频信号频谱的干涉影响,提高其频率、幅值和相位校正精度。     

基于形状记忆合金的结构刚度控制研究

以超声速飞行器结构气动热软化现象为背景,提出了基于形状记忆合金(shape memory alloys,简称SMA)的结构刚度控制方法。设计了实验模型和全铝对照模型,对模型进行频响测试,研究模型刚度控制效果。利用温控箱调节模型的整体温度,研究模型的一阶固有频率与温度的关系。提出了将SMA条带作为加强筋的舵面结构,研究了结构刚度随环境温度升高的变化趋势。考虑到在环境温度作用下SMA不一定能完全相变,搭建了结构刚度主动控制系统。结果表明:结构刚度随着环境温度的增加先是逐渐减小,而后慢慢变大慢慢减小,其在SMA奥氏体相变结束温度处的刚度最大;结构控制后的一阶固有频率与控制前相比增幅可达10%;利用大电容的瞬时放电驱动SMA,使其完全相变,响应时间可达15ms。     

SGD-1型焊条电弧稳定性测试仪的研制

本文采用单片机研制了一台焊条电弧稳定性测试仪。该仪器集检测和控制于一体,可以实现在自动焊接的条件下准确地测定灭弧次数、喘息次数和断弧长度等参数,并成功地抑制了为了连续测试而设置的高频引弧对微机产生的强烈干扰。     

Online welding quality monitoring based on feature extraction of arc voltage signal

Arc sensing plays a significant role in the control and monitoring of welding quality for aluminum alloy pulsed gas touch argon welding (GTAW). A method for online quality monitoring was proposed based on the analysis of acquired arc voltage signal, through which two algorithms of feature extraction were developed in time and frequency domain, respectively. In time domain,the wavelet packet transform was carried out to eliminate the pulse interference of the feature parameter curve. In frequency domain, the other new algorithm was proposed based on the voltage power spectrum density (PSD) which was calculated by using the improved Welch algorithm and divided into five frequency bands before the statistic parameters were extracted. The correlation between the feature parameters in different frequency bands and welding defects were carefully analyzed to select a more sensitive one as the monitoring parameters. The proposed algorithms on this paper were verified to be capable of detecting lack of penetration, burn through, and the defect caused by lack of gas.     

等离子弧焊接穿孔行为的声信号传感

使用高精度传声器采集穿孔型等离子弧焊接过程中的声音信号 ,围绕焊接过程中出现的“小孔效应” ,开展了等离子弧焊接熔透的声音信号传感方法的研究。结果表明 ,焊接过程中的声音信号在熔池的过渡阶段产生了剧烈的低频振动 ,与熔池的振动有关 ,说明声音信号的低频段分量中包含有熔池穿孔状态的信息。频域分析表明 ,声音信号的低频段分量 (0～ 10 0Hz) ,在熔池处于不同阶段时有明显的变化 ,熔池处于过渡阶段时其值大 ,穿孔后小 ,未穿孔时居中。据此 ,设计出了声音信号的A算法 ,用于识别焊接过程中熔池的穿孔状态 ,该算法可靠性较高 ,为等离子弧焊接熔透质量监测及闭环控制提供了前提条件     

铸件变形的补偿

针对床身铸件平直度的不稳定性,提出用二次反挠度的新方法;节省了加工工时,降低了材料的消耗,保证了机床设计的刚性和精度要求,延长了机床寿命。     

Fault diagnosis of complex system based on nonlinear frequency spectrum fusion

A novel fault detection and diagnosis approach is proposed for nonlinear complex systems by combining nonlinear frequency spectrum characteristics and evidence theory. In order to overcome the problem of calculated amount expansion of generalized frequency response functions, single-dimensional nonlinear output frequency response functions are used to obtain nonlinear frequency spectrum, from which, features of nonlinear frequency spectrum are extracted. The fault diagnosis model of multiple faults is given based on evidence theory. The mass functions of evidences are obtained according to the similarity among different modes. In order to solve the problem of evidence fusion in the situation of evidence confliction, a dynamic parameter conflicting evidence combination method is proposed based on the average credibility. Fault diagnosis of the transmission system of numerical control machine tool is studied through nonlinear frequency spectrum. Simulations indicate that the proposed approach has simple calculation and high recognition rate for faults.     

基于HWPT-ZFFT的二维全息谱计算方法

精确的频率、相位和幅值识别是进行全息谱计算的必备条件,针对含3个及以上的密集频谱成分,提出一种基于谐波小波包变换的频谱细化方法(harmonic wavelet packets transform-zoom fast Fourier transform,简称HWPT-ZFFT),较传统的复调制细化傅里叶变换所利用的低通及带通滤波器相比,其盒型频谱特性可将感兴趣频段的信号正交,无冗余、无泄漏地提取出,提高了识别精度。首先,利用谐波小波包对密集频谱成分进行滤波;然后,频移进而重采样,进行傅里叶变换得到细化的频率、幅值及相位;最后,计算密集频率下二维全息谱,进行双盘转子全息谱计算,考虑高次分倍频,得到更丰富的故障特征。仿真及双盘转子实验结果表明所提出方法的有效性。     

Feature extraction of AC square wave SAW arc characteristics using improved Hilbert–Huang transformation and energy entropy

In order to extract the arc feature information related to welding quality in alternating current square wave submerged arc welding (AC Square Wave SAW), an improved Hilbert–Huang transform (HHT) is put forward to investigate the time–frequency distribution of arc current, and the energy entropy is employed to quantitatively judge the arc characteristics. The empirical mode decomposition (EMD) is used to decompose the collected current signal into a number of Intrinsic Mode Functions (IMFs). The method for removing the high frequency and undesirable low-frequency IMFs is proposed by using the correlation coefficient of the IMF and the original signal as criterion, and the valid IMFs are selected for the Hilbert transform and energy entropy calculation. The improved HHT combining with energy entropy can quantitatively describe the time–frequency energy distribution characteristics of the arc current signal at different duty cycle, frequency and welding speed. Experimental results are provided to confirm the effectiveness of this approach to extract the arc physical information related to welding quality.     

基于Duffing振子检测频率未知微弱信号的新方法

针对现有混沌振子难以检测频率未知微弱信号这一难点,提出利用Duffing振子输出值的方差峰值结合遗传算法检测淹没在强噪声背景中频率未知微弱信号的一种新方法。从分析混沌系统结构参数的阈值入手,讨论了周期策动力的频率、初始相位和噪声对系统运行状态的影响;研究系统输出值方差与系统状态的对应关系,探讨待测信号频率以及与周期策动力之间相位差对状态变量方差和状态转换时间的影响。由此,提出采用具有相位偏移的Duffing振子阵列覆盖全相位,并结合遗传算法,优化求解不同频率输入信号下系统输出值方差的极值,以此得到待测信号频率的方法。该方法解决了现有混沌振子类检测方法必须已知信号频率的限制。实验结果证明了本方法能准确、快速地检测待测信号频率。新方法的状态判定简便、检测精度高、更为灵活、适应性强,为微弱信号的检测提供了新的手段。