[发明专利]一种制动盘固有频率在线检测方法

说明书

本发明公开一种制动盘固有频率在线检测方法。采用截断奇异值分解降噪技术提高对噪声的抑制能力。对算法的算例仿真结果表明，基于奇异值截断的LSCF算法具有优异的抗噪声干扰能力，识别结果准确，稳定性高。在某型号制动盘生产线上的试验应用结果表明系统能准确判断制动盘产品质量，且具有稳定、高效的优点。

技术领域

本发明涉及机械部件在线检测技术。

背景技术

基于固有频率测量的在线检测技术已成为判断制动盘产品质量的一种重要方法。其基本思想是依据测量得到的低阶固有频率数值是否处于允许容差范围来判断产品合格与否。

现有技术公开了制动盘固有频率在线检测系统的设计开发和工程应用。然而，现有系统以峰值法作为固有频率提取方法，识别精度低、抗干扰能力差，难以保证系统的稳定性和判断的准确性。

发明内容

本发明采用基于截断奇异值分解降噪的最小二乘复频域识别方法取代峰值法进行曲线拟合和固有频率提取，其目的是提供一种具有高的识别精度和稳定性的制动盘固有频率在线检测方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种制动盘固有频率在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤:

1)使用力锤敲击制动盘；

2)通过PULSE采集制动盘的力锤激励力信号和粘贴在制动盘上传感器的振动加速度响应信号，根据采集得到的信号得到各响应点和激励点之间的频率响应函数；

3)对频响函数进行截断奇异值分解降噪：

3-1)将测得的频响函数转化为时域的单位脉冲响应函数，之后再将降噪后的时域信号转化至频域利用LSCF法进行参数识别；

3-2)将转化后的单位脉冲响应函数看作一个含有噪声干扰的原始信号h(t_k)(k＝1,2,…,N_f)；其中：t_k为第k个时间点，N_f为频响函数的线数。

根据Takens相空间重构理论，将所述的原始信号映射到m×n维相空间内，m<n，得到重构的相空间轨道矩阵D_H：

D_H为Hankel矩阵，且m+n-1＝N_f。

矩阵D_H表示了重构吸引因子在相空间的演化特性，可表示为D_H＝D+W，其中D为信号的轨道矩阵，W为噪声的轨道矩阵。这样对原始信号的降噪问题就转化为已知D_H，寻找D的最佳逼近问题。

3-3)对矩阵D_H进行奇异值分解：

svd(D_H)＝[U,S,V] (2)

U为m×m阶酉矩阵，V为n×n阶酉矩阵，S是半正定m×n阶对角矩阵，D_H的奇异值从大到小排列在S的对角线上，根据Frobenious范数意义下矩阵最佳逼近定理，截断其前p个奇异值而其他奇异值置为零，利用奇异值分解的逆过程得到D′_H矩阵，即D′_H＝U×S_p×V^H，S_p为截断后部分奇异值置零的m×n阶矩阵。D′_H矩阵即为截断阶次为p的情况下对轨道矩阵D_H的最佳逼近，这时噪声一定程度上被压缩。

3-4)截断阶次p可由信号的奇异熵增量确定，截断后信号奇异熵的表达式为：

式中，ΔE_i为奇异熵在阶次i处的增量，其值可通过下式计算：