[发明专利]基于振动信号同步压缩变换的旋转机械瞬时转速估测方法

摘要

本发明公开了一种基于振动信号同步压缩变换的旋转机械瞬时转速估测方法，包括以下步骤1)获取旋转机械运行过程中的振动信号；2)对测得的振动信号进行频移处理；3)对频移后的振动信号进行同步压缩连续小波变换，得到频移后振动信号的时频分布；4)利用Viterbi算法从上述获得的时频分布中提取经频移处理后振动信号的一阶瞬时频率成分；5)利用提取的一阶瞬时频率恢复计算得到旋转机械的瞬时转速。本发明采用频移算法和同步压缩连续小波变换处理信号，实现振动信号瞬时频率的精确估计，Viterbi算法实现瞬时频率的精确提取，该方法可以实现对无法进行瞬时转速直接测量的旋转机械,通过振动信号准确地提取其瞬时转速。

主权项

一种基于振动信号同步压缩变换的旋转机械瞬时转速估测方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)对从旋转机械运行过程中测得的振动信号s(t)构造其解析信号：s~(t)=s(t)+jH(s(t))]]>其中H(s(t))是s(t)的希尔伯特黄变换；(2)根据分析信号所需要满足的频率分辨率Δf来选择频移频率ω0，包含以下子步骤：1)已知原始振动信号s(t)相邻两点之间的时间间隔为Δt，总数据长度为n,信号持续时间为T，构造变量Lf和Hf分别如下：Lf=log2(1T)Hf=log2(12Δt)]]>2)由Lf和Hf，得到同步压缩变换时频分布中成指数增长的离散频率序列：Fs(k)=2[Lf+Hf-Lfna-1(k-1)],k=1,2,...,na]]>其中，na＝(log2N‑1)×nv，N是比n大的2的下一个指数次幂，nv为同步压缩变换中的一个参数；3)对离散频率序列求差分，计算得到同步压缩变换时频分布中成指数增长的频率间隔序列，即相邻两个离散频率之间的差值：Δf(p)=2[Lf+Hf-Lfna-1(p-1)](1-2-Hf-Lfna-1),p=1,2,...,na]]>4)从频率间隔序列中找出所需频率分辨率Δf在频率间隔序列中所处的位置p0，然后将p0带入到子步骤2)所得的离散频率序列中，即可得到所需频率分辨率在时频分布中所对应的中心频率值ω0；该ω0即为频移频率；在获得频移频率ω0之后，构造解析信号的频移信号：s~*(t)=s~(t)e-jω0t;]]>(3)对步骤(2)获得的频移信号进行同步压缩变换，以得到频移信号的时频分布，所述同步压缩变换是基于连续小波变换来实现的，包含以下子步骤：1)对原始振动信号s(t)进行连续小波变换：Ws(a,b)=∫s(t)a-1/2ψ(t-ba)‾dt]]>其中，ψ是选取的母小波，a是小波变换的尺度因子，b是小波变换的时移因子；2)对信号连续小波变换结果，利用帕萨瓦尔定理计算得到信号基于连续小波变换的瞬时频率：ωs(a,b)=-j(Ws(a,b))-1∂∂bWs(a,b)]]>3)根据瞬时频率对信号连续小波变换时频分布进行映射变换，其离散表达式如下：Ts(ωl,b)=(Δω)-1Σak:|ω(ak,b)-ωl|≤Δω/2Ws(ak,b)ak-3/2(Δa)k]]>其中，Δω＝ωl‑ωl‑1，(Δa)k＝ak‑ak‑1；经映射变换之后的连续小波变换时频分布即为同步压缩变换时频分布；(4)对步骤(3)获得的时频分布，利用Viterbi算法提取时频分布中频移信号的第一阶瞬时频率f*(t)；(5)利用步骤(4)中提取得到的瞬时频率f*(t)，根据f(t)＝f*(t)+ω0/2π计算原始振动信号s(t)的瞬时频率，从而得到旋转机械的瞬时转速。