机械故障非稳态信号分析方法的研究

• 作 者: 黄石红
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 机械故障 故障分析 模式识别 小波变换

本文沿着从傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换到小波包变换的分析方法，从纯频域的分析到复杂多频带分解分析，从固定分辨率分析到可变分辨率分析的思路，研究了机械故障非平稳信号处理中的分析方法。以气缸故障信号和旋转机械碰摩故障信号为研究对象，进行了分析，涉及到以下几方面：
⑴在比较传统傅里叶变换分析稳态、非平稳信号的基础上，采用具有二维时频固定分辨率分析的短时傅里叶变换(STFT)，选择合适的窗口函数，准确地检测和识别出故障。
⑵针对固定分辨率分析的缺陷，利用具有可变分辨率分析的小波分析方法，采用一阶高斯(gauss)连续小波，由精到粗有效地判断出故障的发生时刻及故障的严重程度，具有较强的使用价值。
⑶采用数字信号处理的方法实现了小波Mallat算法的分解与重构，并通过稳态、非稳态信号验证了算法。在小波多分辨率分析中，对各分频带信号的分析，采用结合傅里叶分析的方法，使得整个分析更加有效。
⑷针对选择小波基函数的关键点：消失矩和支集长度，进行了研究。首次采用信号处理领域的最大平坦滤波器理论，研究了消失矩阶次对小波分解重构滤波器滚降特性、通带平坦度、阻带衰减等特性的影响。第一次从信号谱分析的角度，定性研究了小波消失矩与正则性、支集的关系，并进行了仿真分析。对于影响小波变换结果的小波类型、信号采样率也进行了研究。在研究的基础上，就工程应用中小波基函数的选择，提出了指导性的建议，为具体工程实践提供选择的依据。
⑸针对具体应用中，如何选取小波基函数、分析的层数、消噪规则等，提出了以统计学的方法作为评判标准，指导应用。