专利名称：基于自解调变换的无时标阶次跟踪方法
技术领域：
本发明属于旋转机械故障诊断与控制领域，特别涉及基于自解调变换的无时标阶次跟踪方法。
背景技术：
阶次跟踪是回转机械故障诊断中最常用的分析手段，也是解决转速波动情况下，回转机械故障诊断的关键技术。阶次跟踪方法从本质上来讲，是将回转机械的振动信息或声音信号从等时间采样序列采样转化为等角度采样序列，从而有效抑制转速波动对频谱分析及故障诊断的影响。阶次跟踪的核心问题在于如何精确提取回转机械的角度域信息，以实现振动信号的角度域重采样。目前来讲，现有的阶次跟踪有以下几种硬件阶次跟踪；计算阶次跟踪；基于瞬时频率估计的阶次跟踪方法，如何在无时标信号的情况下，实现回转机械的在线、实时阶次跟踪不仅具有理论意义，而且具有很大的工业应用价值。专利申请号为201110169763. 5、201120172140. 9的专利分别给出了阶次跟踪的实现方法和相应的硬件装置，但是以上两种专利都是需要时标信号，即转速传感器，专利申请号为201110026078. 7的专利提出了一种利用传动比参数生成模拟脉冲，并对振动信号进行等角度重采样的阶次跟踪方法，但该方法仍然需要在高速轴端配备转速传感器。

发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于自解调变换的无时标阶次跟踪方法，摆脱对时标的依赖性，不仅适用于微弱转速波动工况，而且适用于回转机械在启停机等大转速波动工况下的在线、实时阶次跟踪。为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为基于自解调变换的无时标阶次跟踪方法，包括以下步骤步骤一，将加速度或速度传感器吸附于被测试回转机械，并对其振动信号进行采集，将振动信号记为X (t)；步骤二，采用公式(I)所示的分数阶傅里叶变换对振动信号进行时频旋转，并向频率轴投影，搜索使特征频率分量投影取极大值所对应的傅里叶变换阶数a，将变换后的信号记作Xa (u)；A,"(,)=「xmit(I,u)cfi=rx(t)eJ^eM^dt (I)
j—Qoyv~<o其中x(t)振动"[目号；Ka (t, u) —分数阶傅里叶变换的核函数；a—分数阶；Xa(U)变换后的信号；步骤三，采用带通滤波方法从Xa (u)中提取特征频率成分的平稳投影量，并记作Xas(U)；步骤四，对Xas(U)进行a阶分数傅里叶反变换，得到啮合频率成分，记为Xm(n)；步骤五，对Xm(n)进行Hilbert变换获得啮合频率成分的瞬时相位；步骤六，利用瞬时相位，对原始振动信号进行自解调变换，得到回转设备的阶次谱，从而完成无时标的阶次跟踪。本发明相比于现有技术，具有以下有益效果a)本发明所提出的无时标阶次跟踪方法，可摆脱传统阶次跟踪方法对时标的要求，因此具有更加广泛的应用范围。b)本方法的实现算法是基于快速傅里叶变换的，具有较高的计算效率，因此可以 实现机械设备故障的在线分析和诊断。c)在测试系统开发方面本发明所述方法并可有效降低现有测试系统的硬件成本，提高测试系统的市场竞争力。


图I为实施例实验台结构示意图。图2为实施例驱动电机输出轴的升速曲线。图3为实施例原始振动信号的频谱。图4为啮合频率的瞬时相位。图5为本方法得到的阶次谱。图6为本方法得到阶次谱位于55-75阶次之间的局部细节图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。以齿轮实验台的升速过程阶次跟踪为例，该齿轮箱实验台由驱动电机I、第一齿轮
2、第二齿轮3、第三齿轮4、第四齿轮5、制动器6部件组成，如图I所示，驱动电机I的输出轴和第一齿轮2连接,第一齿轮2和第二齿轮3啮合，第二齿轮3和第三齿轮4安装在同一传动轴上，第三齿轮4和第四齿轮5啮合，第四齿轮5的传动轴和制动器6连接，在测试中振动加速度传感器A吸附于靠近第一齿轮2的轴承端盖位置。在测试中，驱动电机I输出轴的转速从610RPM升至730RPM，如附图2所示。齿轮实验台原始振动的频谱如附图3所示。可以看出，由于转速波动的存在，振动信号频谱模糊严重，从该图中无法分辨齿轮箱的各级特征啮合频率。为了识别齿轮箱在升速过程中的振动特性，采用本发明对原始数据进行阶次跟
I 示。基于自解调变换的无时标阶次跟踪方法，包括以下步骤步骤一，将加速度传感器A吸附于被测试齿轮箱靠近第一齿轮2的轴承端盖位置，并对其振动信号进行采集，将振动信号记为x(t)；步骤二，采用公式(I)所示的分数阶傅里叶变换对振动信号进行时频旋转，并向频率轴投影，搜索使特征频率分量投影取极大值所对应的傅里叶变换阶数a，将变换后的信号记作Xa (u)；
权利要求
1.基于自解调变换的无时标阶次跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一，将加速度或速度传感器吸附于被测试回转机械，并对其振动信号进行采集，将振动信号记为X (t)； 步骤二，采用公式(I)所示的分数阶傅里叶变换对振动信号进行时频旋转，并向频率轴投影，搜索使特征频率分量投影取极大值所对应的傅里叶变换阶数α，将变换后的信号记作Xa (u)；
全文摘要
基于自解调变换的无时标阶次跟踪方法，先将加速度或速度传感器吸附于被测试回转机械，并对其振动信号进行采集，再采用分数阶傅里叶变换对振动信号进行时频旋转，并向频率轴投影，搜索使特征频率分量投影取极大值所对应的傅里叶变换阶数α，然后采用带通滤波方法提取特征频率成分的平稳投影量，进行α阶分数傅里叶反变换，得到啮合频率成分，然后进行Hilbert变换获得啮合频率成分的瞬时相位，最后利用瞬时相位，对原始振动信号进行自解调变换，得到回转设备的阶次谱，从而完成无时标的阶次跟踪，本发明摆脱对时标的依赖性，不仅适用于微弱转速波动工况，而且适用于回转机械在启停机等大转速波动工况下的在线，实时阶次跟踪。
文档编号G01H17/00GK102798462SQ20121021288
公开日2012年11月28日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者林京, 赵明, 雷亚国, 王琇峰, 廖与禾, 曹军义 申请人:西安交通大学