[發(fā)明專利]基于時(shí)頻變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法、裝置和存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010736076.6
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111879508B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李富才
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫邁斯德智能測控技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01P3/00;G01H17/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;屠志力

本發(fā)明提供一種基于時(shí)頻變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法，包括以下步驟：步驟S1，采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號s(t)；步驟S2，利用時(shí)頻分析得到振動(dòng)信號的時(shí)頻分布；步驟S3，利用脊線提取算法，從時(shí)頻分布中獲得瞬時(shí)頻率的估計(jì)；步驟S4，通過提取的脊線，即瞬時(shí)頻率，根據(jù)瞬時(shí)頻率m_c(t_n)與轉(zhuǎn)速V的關(guān)系，換算得到旋轉(zhuǎn)機(jī)械的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明還提供了一種基于時(shí)頻變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速估計(jì)裝置，以及存儲介質(zhì)。本發(fā)明具體自適應(yīng)性強(qiáng)、抗噪性能好的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析領(lǐng)域，尤其是一種基于時(shí)頻變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械廣泛存在于我們?nèi)粘５纳詈蜕a(chǎn)中。由于工作環(huán)境的復(fù)雜多變，有很多的機(jī)械常常工作在變轉(zhuǎn)速下。由于傳感與測量技術(shù)的快速發(fā)展，與機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的物理量(如振動(dòng)信號)可以很容易地獲取。同時(shí)，振動(dòng)信號包含了大量豐富的跟設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的信息。另一方面，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，對于設(shè)備的控制，部件健康程度評估也具有十分重要的作用。可以說，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速是反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)。

目前，常見的轉(zhuǎn)速測量方法是通過安裝編碼器，即通過編碼器產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行處理，從而獲得機(jī)械的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。其工作原理是通過獲取一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角位移，從而計(jì)算得到轉(zhuǎn)速。但是，在一些特殊的情況下，例如受空間或者成本等因素的限制，這給用編碼器進(jìn)行轉(zhuǎn)速的直接測量帶來了困難。因此，此類的非接觸測量并不是能適用于大部分的工作情況。因此，一些基于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號提取轉(zhuǎn)速的方法被提出。在這些方法中，基于時(shí)頻分析方法的轉(zhuǎn)速估計(jì)由于能夠處理非平穩(wěn)信號以及較強(qiáng)的抗噪能力，因而得到了較多的研究和應(yīng)用。對于瞬時(shí)頻率的提取，常見的算法有直接最大值脊線提取算法。該算法的原理簡單，由于只考慮了時(shí)頻分布能量的大小，因而及其容易受到噪聲的干擾。通常在強(qiáng)噪聲背景下，該方法會失效。還有一些學(xué)者提出了基于懲罰函數(shù)的脊線提取算法，在一定程度上修正了直接最大值脊線提取算法。雖然增加了頻率連續(xù)性條件，但是該方法易陷入局部最優(yōu)。

因此，上述的一些傳統(tǒng)的脊線提取算法仍然不能滿足在強(qiáng)噪聲條件下的要求。所以，在瞬時(shí)頻率提取的精度問題上，現(xiàn)存算法仍存在不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種自適應(yīng)性強(qiáng)、抗噪性能好的基于時(shí)頻變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法，以及相應(yīng)的裝置。

為達(dá)到以上目的，本申請實(shí)施例采取的技術(shù)方案如下：

第一方面，本申請?zhí)岢鲆环N基于時(shí)頻變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟S1，采集旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號s(t)；

步驟S2，利用時(shí)頻分析得到振動(dòng)信號的時(shí)頻分布；

步驟S3，利用脊線提取算法，從時(shí)頻分布中獲得瞬時(shí)頻率的估計(jì)；

步驟S4，通過提取的脊線，即瞬時(shí)頻率，根據(jù)瞬時(shí)頻率m_c(t_n)與轉(zhuǎn)速V的關(guān)系，換算得到旋轉(zhuǎn)機(jī)械的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。

第二方面，本申請?zhí)岢鲆环N基于時(shí)頻變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速估計(jì)裝置，包括：

存儲器，存儲有計(jì)算機(jī)程序；

處理器，用于執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)所述的基于時(shí)頻變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法的步驟。

第三方面，本申請?zhí)岢鲆环N存儲介質(zhì)，

所述存儲介質(zhì)中存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)用以實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)所述的基于時(shí)頻變換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬時(shí)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法的步驟。

采用以上技術(shù)方案后，本申請具有以下優(yōu)點(diǎn)：