机械振动信号盲源分离的时域方法

介绍盲源信号分离基本原理,分析了瞬态混叠模型和卷积混叠模型的特征,给出两个源信号独立性的评判准则,研究了盲分离正确性的评价误差函数,进行数值仿真,并用时域卷积瞬态混叠模型对实际机械振动信号进行源信号的盲分离。数值仿真和实际信号的分离效果较好,说明所用方法在机械振动信号盲源分离中的适用性。文中还分析了多源信号分离中所用方法的收敛性。     

基于参考信号的广义特征值分解盲源分离算法及其在北斗多路径效应削弱中的应用

多路径误差是北斗导航定位系统高精度动态监测的主要误差源。针对北斗导航定位系统多路径误差的特性,结合广义特征值盲源分离方法的优势,提出一种基于参考信号的广义特征值盲源分离算法来削弱多路径效应的影响。首先将前一天的原始坐标残差序列通过奇异谱分析方法进行去噪,其结果作为初始参考信号;然后将当天的原始坐标残差序列进行经验模式分解方法分解,分解得到的IMF分量作为虚拟观测数据,利用广义特征值盲源分离算法获取当天多路径误差信号;最后,利用仿真数据和连续10天的实际观测数据进行试验分析,结果表明利用该方法建立的多路径误差改正模型能有效地了削弱多路径的影响,北、东、天三个方向精度分别提高了78.8%、35.3%、90.1%。提出的模型在一定程度上解决了固定多路径模型随着时间推移重复性减小且有效性降低的问题。     

倍频激励双转子振动同步机理与实验研究

振动筛作为第一级钻井液净化设备, 其筛分性能直接决定后续固控系统的生产效率. 针对在筛分工程中由相同驱动频率激励的振动系统所表现出的单一振动特性难以与筛面上的物料粒度相匹配, 从而引发筛孔堵塞的问题, 本文提出了倍频激励双转子自同步振动系统. 首先根据数学模型运用广义Lagrange公式建立多自由度振动系统的运动微分方程, 并引入复变函数求解箱体的稳态幅值响应; 其次探明了振动系统实现倍频同步的前提条件和稳定性评估标准; 然后通过数值计算定量地讨论转子间的倍频动力学特征与系统结构参数之间的关系, 并结合Runge?Kutta算法建立振动系统的多自由度机电耦合动力学仿真模型, 详细讨论转子与箱体间的倍频同步机理; 最后设计实验样机, 针对系统在不同工况下的动态特性和同步运动状态展开实验测试, 进一步验证理论研究和计算机模拟的正确性. 研究表明, 系统的倍频同步能力指数随安装距离的不断增加而接近于零值附近, 此时高频转子与低频转子获得稳定同步振动的可能性越来越高; 电机同步状态几乎不受弹簧刚度的影响, 但稳态相位差值在单周期内会随激振器安装倾角和距离的变化而逐渐减小并趋于在一个恒定值. 研究成果不仅对石油工业新型振动筛系统的研制具有重要的参考价值, 也将促进其他同步振动机械的发展.      

转子扭转-纵向耦合振动分析

针对某转子的模型,分析了扭转-纵向耦合振动.计算结果表明:设置转子预应力与旋转时的离心力相对应,其扭转振动频率将随预应力的增大而增大.转子纵向振动频率不受该预应力的影响,这是因为转子旋转时预应力的方向与轴线垂直.随着转子旋转时预应力的变化,扭转振动频率接近纵向振动频率,出现扭转-纵向耦合振动.     

转子轴承系统振动响应谱的仿真研究

在转子轴承系统振动信号处理中,针对平稳信号的传统傅里叶变换精度较低、快变启动过程的非平稳信号频谱分析方法较复杂的问题,本文仿真构造了两类响应信号。通过对比给定信号参数与信号识别参数的误差研究了几种谱分析方法或过程的简便性和准确性。对转子系统振动平稳信号离散频谱分析时存在的误差进行了定量分析,利用比例插值法对误差进行校正,开发了高精度谱分析测试软件;分析了转子轴承系统快变过程非平稳振动信号的特征,探索了一种将t时空域非平稳信号转变为tn时空间域平稳信号的办法或过程,然后结合比例插值校正法对其进行频谱分析,再返回到t时空域获得某时刻的谱特征参数;构造了转子系统振动仿真信号检验了上述过程的准确性。研究结果表明:比例插值法提取的谱特征数据近乎与仿真信号设定值相等;针对本文构造的快变过程非平稳仿真信号,利用本文给出的谱分析过程产生的频率误差最大值为0.47%,幅值误差最大值为0.2%。本文的仿真研究为提出和考证新的谱分析方法提供了手段。     

RELIABILITY SENSITIVITY STUDY OF THE BENDING VIBRATION OF THE COMPRESSOR ROTOR

以转子系统H858 型离心式压缩机为研究对象,利用MSC.Patran&Nastran 软件对该转子系统弯曲振动情况下的固有频率进行分析,定义了系统振动问题的频率可靠性模式,并以此为基础,应用随机摄动技术、可靠性理论和灵敏度方法,推导出参数为正态随机变量时频率可靠性灵敏度的计算公式,并应用于转子系统弯曲振动情况下的频率可靠性灵敏度研究中,同时将理论分析结果与基于Nessus软件的有限元分析结果进行比较,进一步验证了所提方法的有效性.     

微机电陀螺信号盲均衡迭代反卷积算法

小型移动机器人在未知环境下运行,陀螺所受噪声干扰无法建立有效的数学模型,需要仅从观测信号中把噪声去除,并估计出原始信号,根据该特点提出一种微机电陀螺信号盲均衡迭代反卷积算法。该算法利用横向滤波器对陀螺信号进行反卷积运算,使用贝叶斯方法对信号进行估计,建立了误差函数并与LMS算法组合,实现了均衡器参数的自动调整,在小型移动机器人上进行了算法实验验证。实验结果表明,该算法可以有效分离角速度信号与噪声信号,其噪声信号幅值减小约10倍,移动机器人运行275.41 s抵达终点的偏航角误差从13°下降到1.46°。     

基于奇异值分解的航空发动机转子碰摩故障特征提取方法

提出了利用奇异值分解(SVD)提取航空发动机转子碰摩故障特征信号的方法,通过数值仿真得到,奇异值分解方法可以非常有效地将各种不同特征信号完全提取分离,论证了该方法的可行性。然后以某型国产航空发动机在试车台开车过程中某稳定状态的转子振动测量数据为基础,利用奇异值分解的优选差分谱理论对振动信号进行了降噪处理;根据傅里叶变换频谱图中各频率点峰值与奇异值分解差分谱峰值序列相对应的特点,对降噪后振动信号进行了特征提取,实现了转子系统的碰摩故障特征信号的提取。实际结果表明,该方法能够有效地诊断转子系统碰摩故障及提取相应的故障特征信号。     

应用谐波小波提取转子系统动力参数

临界转这是离心压缩机转子系统的主要动力参数之一,尤其高阶临界转速在试车中不易被识别。本文应用谐波小波对转子系统试车振动信号进行分析,对转子高阶临界转速进行了分辨识别,结果令人满意。     

独立分量分析在爆破振动信号分离中的应用初探

综合运用小波分析和独立分量分析对实测的2孔微差爆破振动试验信号进行分离研究.采用小波分析分解滤去爆破振动信号能量比低的高频部分,提取主要特征所在的频段的重构信号,然后运用独立分量分析(independent component analysis,ICA)对其重构信号进行分离,初步成功获得了体现现场实际情况的分段震波,确...     

Synchronous vibration parameters identification by tip timing measurements

The Blade Tip Timing (BTT) measurement system is a technique to measure vibration parameters of a rotating bladed disk. In particular for synchronous vibrations the BTT provides signals versus the rotation speed of the disk starting from the measurement of the time of arrival (TOA) of each blade under the tip timing probes. The signals must be post processed in order to obtain the interesting parameters of each blade vibration. The paper presents a method to extract the main parameters (amplitude and frequency) in resonance condition from the tip timing measurements. The proposed method is a revision of the already existing well known Two-Parameter Plot (2PP) method which requires a minimum of two probes. Improvements to the existing 2PP method are here suggested mainly in the part of engine order identification.The proposed method is then applied to the BTT measured signals coming from a rotating bladed disk excited at different engine orders. At the same time on the disk the vibration of one blade was detected by strain gauges. The strain gauges were calibrated and they provide the reference values of the vibration parameters. The vibration parameters derived by the proposed method are in agreement with those obtained by the strain gauges methodology.     

基于Nyquist稳定判据的磨合过程稳定性研究

在销-盘摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦配副磨合磨损试验,采集磨合过程中摩擦振动信号,应用Nyquist稳定判据,通过摩擦振动Nyquist曲线对磨合系统稳定性进行分析.结果表明:摩擦振动Nyquist曲线反映了磨合系统稳定性变化.当摩擦副磨合开始时(0～10 min),摩擦振动Nyquist曲线不包围(-1,j0)点,磨合系统处于稳定磨损阶段;在摩擦副磨合进行过程中(10～40 min),摩擦振动Nyquist曲线包围(-1,j0),磨合系统处于不稳定磨损阶段;当摩擦副达到磨合时(40 min后),摩擦振动Nyquist曲线不包围(-1,j0),磨合系统处于稳定磨损阶段.因此,磨合系统的特性可揭示磨合过程稳定性变化规律.     

摩擦振动信号谐波小波包特征提取

在销-盘摩擦磨损试验机上进行了船用柴油机缸套-活塞环摩擦配副摩擦磨损试验,应用谐波小波包变换分析了不同磨损状态下的摩擦振动信号.结果表明:谐波小波包变换可提取微弱的摩擦振动特征.当磨损机制为轻微的黏着磨损时,摩擦振动信号的频谱以边频为主,没有明显的固有频率,平均幅值小;当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦振动信号的频谱出现较大峰值的固有频率,但仍存在大量的边频,平均幅值变大;当磨损机制以疲劳磨损为主时,摩擦振动信号频谱的固有频率更加明显,边频显著减弱,平均幅值最大.因此,谐波小波包变换可实现微弱摩擦振动信号的特征提取.     

Vibration characteristics of a power tiller

The vibration characteristics of a power tiller (two-wheel tractor) were studied. Tests were conducted at 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, and 2200 rpm engine speeds in a stationary condition, and at 1000, 1200, 1400, 1600, and 1800 rpm engine speeds during transportation and tillage. Tests during tillage operation were conducted in the Bangkok clay soil. For the measurement of vibration, three semiconductor strain-gauge-type accelerometers, capable of sensing vibration signals in three mutually perpendicular directions, i.e. horizontal, lateral and vertical modes at the same time, were used. Vibration characteristics of the power tiller were found to be quite complex. In general, it was observed that, in any working condition, due to an increase in engine speed of the power tiller, the acceleration and frequency of vibration increased. At the same operating speed and test condition, the intensity of the vibration was the highest in the vertical mode and the lowest in the lateral mode. The maximum vibration intensities were observed during second plowing and the lowest vibration intensities were when stationary on an off-road surface. The vibration intensities, when compared to the ISO standard 2631, were found to exceed the standard during field operations.     

基于发动机主轴轴承异常油膜噪声特征的模拟试验研究

由发动机主轴轴承油膜空穴造成的不规则打字机敲击噪声一直是汽车领域未解决的难题. 为了探究发动机主轴轴承动态载荷性能耦合作用下产生的异常空穴噪声，本文作者利用自行设计的平行板挤压油膜试验机进行模拟噪声试验并探究空穴噪声的特征. 该试验机可同时采集振动、位移、声压、力和空穴图像等五种信号，通过试验探究了不同激励信号、挤压振幅、挤压频率、润滑油黏度等因素对空穴噪声的影响，结果表明在方波、大振幅、使用高黏度润滑剂以及挤压频率为12 Hz的状况下容易产生空穴噪声.      

发动机气缸套与机身间的传递特性

通过在１９０Ａ单缸水冷柴油机和ＥＱ６１０２六缸汽油机的气缸套－机身表面所作的传递特性实验,说明利用机身表面振动参数可以对气缸内运动部件进行故障诊断     

某发动机热试车的振动环境预示方法研究

发动机热试车试验在新型运载器的研制过程中起到重要作用,可用于预测运载器在飞行中的振动环境。由于载荷不等效,试验数据量有限,使得难以直接通过试验数据建立同一结构在不同系统下的映射关系模型。本文提出了一种基于试验数据的振动环境预示方法,以某发动机两次热试车试验数据为对象,分别提取了反映结构特性的动力学模型,基于载荷等效原则构造了结构振动响应学习样本,采用机器学习的方法建立了两次热试车试验条件下发动机结构的映射关系,实现了从一种试车状态下的结构振动响应预示另一种试车状态下的振动环境,预示结果与实测数据进行了比较,满足±3d B的工程精度要求。     

The application of pattern recognition techniques in fault diagnosis of machinery equipment

In this paper,the characteristics of vibration signal of machinery in different runningconditions are statistically analysed,and some moments of statistical distribution of signalsare selected as the eigenvector to condense the state information.Here,we divide the statesof machinery into two:‘good’and‘aulty’,and the pattern recognition techniques are usedto classify the running conditions of machinery.At the end of this paper,the authors presentsome test data,and from the results obtained,it’s verified that the eigenvector selected isreliable and sensible to faults.And the results also show the effectiveness of classificationrule.     

内燃机磨合与表面改性实验研究

针对EQ6100型汽油机,利用内燃机磨合台架试验装置对所研制的内燃机专用磨合油与普通15W／40内燃机油进行对比磨合试验,对磨合油液进行直读铁谱分析,对缸套－活塞环磨合表面形貌及元素组成进行测试分析。结果表明：专用磨合油的磨合效果明显优于普通内燃机油;超细金刚石微粉可以加速磨合进程,分化并减小磨屑尺寸,从而避免缸壁拉伤和改善缸套－活塞环摩擦副的摩擦学特性。     

Gear fault diagnosis under non-stationary operating mode based on EMD,TKEO, and Shock Detector

Condition monitoring of gearboxes running under non-stationary operating conditions is a very difficult task. In this study, a signal processing technique is developed for damage detection of a bevel gearbox running under variable load and speed conditions. The proposed technique is applied on simulated vibration data computed through a dynamic model of bevel gearbox. The procedure used in this technique is based on the extraction of the shock related to the defect using the Shock Detector (SD) method. Firstly, vibration signals are decomposed into IMFs using Empirical Mode Decomposition (EMD). Then, the Teager–Kaiser Energy Operator (TKEO) is used to assess the instantaneous energy of the signal. Afterwards, SD is applied to examine and quantify the shock contents of the TKEO signal, which reflect the effect of the defect.