[發明專利]基于振動信號同步壓縮變換的旋轉機械瞬時轉速估測方法

有效

• 申請號: 201410620570.0
• 申請日: 2014-11-06
• 公開（公告）號: CN104374939B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 曹宏瑞;席松濤;訾艷陽;陳雪峰;成瑋;張興武
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種旋轉機械瞬時轉速估測方法。

背景技術

旋轉機械的瞬時轉速中常常包含有大量自身運行狀態信息，而這些信息對于設備的實時控制、狀態檢測和故障診斷等都具有十分重要的意義。如何能夠準確的提取旋轉機械的瞬時轉速已經成為近年來的研究熱點。

旋轉機械的瞬時轉速的直接測量方法是利用旋轉編碼器，對編碼器產生的脈沖信號采用特定的信號處理方法進行處理，從而得到旋轉機械的瞬時轉速。但是由于一些諸如運行工況不允許、設計裝配不合理以及成本的原因，使得對旋轉設備瞬時轉速的直接測量在很多時候無法實現。因此，許多基于旋轉機械振動信號的瞬時轉速提取方法被提出，諸如相位解調方法、基于信號模型的方法以及時頻分布的方法等。這些方法當中，基于時頻分布的方法由于其強大的時域信號分析能力，以及優異的抗噪聲干擾特性而受到廣泛的研究和應用。

由于旋轉機械瞬時轉速在工業應用中具有重要意義，國內許多學者對于瞬時轉速的估測進行了較多研究。史振盛(史振盛，王桂華，等.基于瞬時頻率估計的諧振分析及應用[J].內燃機與動力裝置，2014,31(4)：11-15)提出了采用結合短時傅里葉變換和峰值搜索的基于時頻分布的瞬時頻率估計方法，并將其應用于諧振分析。曹書峰(曹書峰，等.基于時頻融合的轉速估計及軸承故障特征提取研究[J].振動與沖擊，2013,32(8)：184-178)提出將Wigner-Vile分布與小波尺度譜進行融合，對融合后的時頻分布用峰值搜索法估計轉速，并將其運用于軸承故障特征提取中。胡愛軍(胡愛軍，朱瑜.基于改進峰值搜索法的旋轉機械瞬時頻率估計[J].振動與沖擊，2013,32(7)：113-117)提出基于改進峰值搜索法的旋轉機械瞬時頻率估計方法，提出將瞬時頻率中相鄰兩點一階導數差值作為搜索峰值是否合理的判別條件，可避免傳統峰值搜索法在干擾信號作用下提取虛假峰值，并將此應用與階次跟蹤。

申請號為201410104252.9的中國專利公開了一種基于拉格朗日插值多項式的瞬時轉速估計方法，其特征在于,利用2階拉格朗日插值多項式對電機位置軌跡進行函數擬合,然后把得到的位置函數對時間t求導得到其相應的速度函數,對指定的任一時刻,在速度函數中代入位置增量和時間間隔,即求得該時刻對應的瞬時速度。申請號為201310247876.1的中國專利公開了一種基于齒輪嚙合振動的轉速估計方法及裝置，其特征在于計算齒輪嚙合振動信號的Wigner-Ville分布和小波尺度譜；對所述Wigner-Ville分布和所述小波尺度譜進行時頻融合,得到時頻融合分布；根據所述時頻融合分布,確定出齒輪嚙合頻率曲線；根據所述齒輪嚙合頻率曲線以及主動輪的齒數,確定出主動輪的轉速曲線。

基于時頻分布的瞬時轉速估計主要包含兩個過程：1)信號時頻分布的獲得；2)信號時頻分布中瞬時頻率的提取。而目前的研究多只考慮到這兩個過程中的一個過程，而兩者中任何一個的誤差都將降低瞬時轉速提取的精度，因此目前對于旋轉機械瞬時轉速估計的研究仍存在一定不足，提取的瞬時轉速精度有待提高。

發明內容

本發明的目的在于利用同步壓縮連續小波變換時頻分布低頻處的高頻率分辨率，將高頻成分平移到時頻分布的低頻位置以獲得高的頻率分辨率來處理信號，從而獲得精確的高頻成分瞬時頻率估計值，然后利用比傳統峰值檢索方法更精確有效的Viterbi算法從時頻分布中提取瞬時頻率，進而獲得精確的旋轉機械的瞬時轉速。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現：

一種基于振動信號同步壓縮變換的旋轉機械瞬時轉速估測方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)對從旋轉機械運行過程中測得的振動信號s(t)構造其解析信號：

s~(t)=s(t)+jH(s(t))]]>

其中H(s(t))是s(t)的希爾伯特黃變換；