[发明专利]可抑制直流扰动的振动信号最大功率频率分量实时检测算法

说明书

本发明公开了一种可抑制直流扰动的振动信号最大功率频率分量实时检测算法。首先，给出了迭代处理振动信号获取最大功率频率分量的四阶系统状态方程、自适应律及四阶系统阻尼比的自动计算公式；其次，将振动信号乘一增益系数后，迭代执行四阶系统状态方程、自适应律及阻尼比自动计算公式，可动态跟踪振动信号角频率。最后，在频率跟踪进入稳态后，根据角频率收敛值与状态变量计算振动信号频率、幅值与相位。算法实时性强，可避免直流扰动对检测结果的影响，有效提取振动信号中最大功率频率分量信号。

技术领域

本发明涉及振动控制与振动测试技术领域，尤其涉及一种可抑制直流扰动的振动信号最大功率频率分量实时检测算法。

背景技术

随着计算机技术及控制理论的发展，利用控制器产生反向力来抑制机械振动的反馈补偿控制方法在精密仪器、机加工及化工过程机械等领域受到广泛重视。其中，振动信号最大功率对应频率分量的频率、幅值、相位检测精度及检测算法的实时性能是制约控制系统带宽、稳定性的关键因素。本申请人曾在专利申请201510375357.2中公开过一种振动信号幅值、相位实时计算方法，但该方法需预先测量信号中的直流分量，并在软件做偏移处理将振动信号转换成双极性归一化信号。如果直流分量处理不当，将导致频率、幅值、信号估计结果不正确。

发明内容

本发明目的是提出一种可抑制直流扰动的振动信号最大功率频率分量实时检测算法，克服已有技术的缺点，避免直流分量的影响，快速准确地检测出具有功率谱最大分量振动信号的频率、幅值和相位。

一种可抑制直流扰动的振动信号最大功率频率分量实时检测算法，其特征在于具体步骤包括：

采用四阶系统状态方程及自适应律迭代处理振动信号获取最大功率频率分量，其中，状态方程为：

设为振动信号，为增益，式中，为四阶系统输入信号，并且有，为四阶系统状态变量，为阻尼比，为振动信号最大功率频率分量对应的角频率估计值；与之相应的自适应律为，式中，为自适应因子；对于正弦输入信号，迭代执行状态方程及自适应律，角频率估计值收敛于，并且有，四阶系统微分方程的周期解为：

可见，状态变量，准确跟踪上了输入信号。当输入信号包含多种频率成分时，，跟踪的是输入信号中的最大功率频率分量。

预处理。设置、，通带带宽，角频率估计初值，采样频率；计算极半径，计算采样时间。对ADC采样振动信号u做乘增益k处理以加快频率跟踪的动态过程。预处理参数设置规则为：假设为最大功率频率分量，预设，时，需保证；通常采样频率越高相位估计越准确，并且有，。

迭代执行算法

①计算阻尼比，，，；

②根据输入及当前时刻的系统状态，计算四阶系统下一时刻的状态，算法如下：

③根据当前时刻的频率估计值、状态变量及自适应律公式计算下一个时刻的频率估计值，算法如下：

④迭代计算①、②、③。

根据角频率估计进入稳态后的收敛值及状态变量，得到振动信号最大功率频率分量的频率、幅值及相位，算法如下：

。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：