关键词：循环平稳;循环双谱;载波频率;循环自相关;故障诊断
摘 要：特征提取在机械设备的状态监测和故障诊断中是一个非常重要的信号处理问题。自上世纪80年代以来,为了满足对机械故障进行精确诊断的需要,对非线性、非高斯、非平稳的信号处理技术在机械故障诊断领域受到越来越多的关注。由于高阶统计量有抑制高斯噪声的性质,本文采用理论和Matlab仿真实验相结合的手段,研究了基于循环双谱的机械振动仿真信号的分析。首先,本文拟采用高阶统计分析方法分析平稳随机信号,高阶统计量可以抑制高斯噪声,提取非平稳、非线性、非高斯故障信号的特征信息,对故障的诊断具有重要的意义。但随着阶数越来越高,计算量就越来越大,而三阶统计量既能有效地抑制高斯噪声,又能提取非线性信号特征信息,计算量是相对最小的,因此本文着重分析了双谱估计。其次,研究循环平稳信号的定义和分析方法。(1)分析了一阶和二阶循环统计量的基本理论,利用循环自相关函数的切片谱能在循环频率域分离载波频率信息和调制频率信息的优点,可以更容易地在循环频率低频率段提取出故障的调制频率信息;使用周期频率和频率特性之间的相关特点,用切片图可以提炼出有用的信息,然后分析频率信息的特点。(2)机械振动信号可以产生幅度调制信号、频率调制信号、多载波频率调制信号、多调制源调幅信号和多载波调幅信号等,为了能更加准确的了解机械设备的故障特征情况,研究这些复杂的调制信号解调方法,发现循环自相关解调分析可以有效地分离出调制信号、载波信息等,具有较强的噪声抑制特性。最后,本文对机械振动的仿真信号进行了仿真实验研究,因循环双谱涉及四维分析计算量较大,而自相关切片谱不能有效抑制高斯噪声,结合两者的特点,本文将循环自相关函数切片的方法引入到循环双谱分析,提出了采用循环双谱载波频率切片法提取故障特征,可以直观的表达谱分析的结果,有效的提取出故障特征频率信息。同时,本文还将故障信号先小波去噪再进行双谱分析,实验仿真结果表明,小波去噪后的循环双谱载波频率切片谱图中的干扰明显减少,特征频率信息更突出的表现了出来。
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