故障诊断的信号处理方法

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1、机械电子工程学院机械电子工程学院第二章第二章 故障诊断的信号处理方法故障诊断的信号处理方法本章内容本章内容1、信号的定义与分类、信号的定义与分类2、信号特征的时域提取方法、信号特征的时域提取方法3、信号特征的频域提取方法、信号特征的频域提取方法4、信号特征的图像表示、信号特征的图像表示5、希尔伯特变换与解调分析、希尔伯特变换与解调分析6、全息谱理论和方法、全息谱理论和方法机械电子工程学院机械电子工程学院本章学习要求本章学习要求1、了解转子振型、轴颈涡动中心位置、波特图、奈奎斯、了解转子振型、轴颈涡动中心位置、波特图、奈奎斯 特图、三维坐标图、阶比谱分析。特图、三维坐标图、阶比谱分析。2、理解信

2、号的功率谱、细化谱、倒频谱、希尔伯特变换原、理解信号的功率谱、细化谱、倒频谱、希尔伯特变换原理及结果的物理意义。理及结果的物理意义。3、理解机械信号处理技术的物理意义、轴心轨迹图技术、理解机械信号处理技术的物理意义、轴心轨迹图技术、 全息谱技术。全息谱技术。4、掌握振动监测的基本参数、时域指标、频域分析结果的、掌握振动监测的基本参数、时域指标、频域分析结果的 物理意义等。物理意义等。第二章第二章 故障诊断的信号处理方法故障诊断的信号处理方法机械电子工程学院机械电子工程学院2.1 信号的定义和分类信号的定义和分类 信号信号是表征客观事物状态或行为信息的载体。是表征客观事物状态或行为信息的载体。

3、信号具有信号具有能量能量，它描述了物理量的变化过程，在数学上可表示为一个，它描述了物理量的变化过程，在数学上可表示为一个或几个独立变量的函数，也可以取为随时间或空间变化的图形。或几个独立变量的函数，也可以取为随时间或空间变化的图形。1 1、按信号随时间的变化规律分、按信号随时间的变化规律分机械电子工程学院机械电子工程学院1、按信号随时间的变化规律分、按信号随时间的变化规律分2.1 信号的定义和分类信号的定义和分类质量质量- -弹簧振动系统（弹簧振动系统（无阻尼无阻尼）余弦信号的波形图余弦信号的波形图00cos)(tmkXtx机械电子工程学院机械电子工程学院2.1 信号的定义和分类信号的定义和分

4、类2、按信号幅值随时间变化的连续性分、按信号幅值随时间变化的连续性分汽车速度汽车速度( (连续信号连续信号) )(a)含第一类间断点的信号含第一类间断点的信号(b)锯齿波锯齿波机械电子工程学院机械电子工程学院2.1 信号的定义和分类信号的定义和分类2、按信号幅值随时间变化的连续性分、按信号幅值随时间变化的连续性分(c)矩形脉冲矩形脉冲(d)截断信号截断信号连续信号连续信号每日股市的指数变化每日股市的指数变化(离散信号离散信号)每隔每隔2us对正弦信号采样获得的离散信号对正弦信号采样获得的离散信号机械电子工程学院机械电子工程学院 当信号当信号 在在 内满足下式（即平方可积）时：内满足下式（即平方

5、可积）时： 则该信号的能量是有限的，称为则该信号的能量是有限的，称为能量（有限）信号能量（有限）信号。2.1 信号的定义和分类信号的定义和分类)(tx3、按信号的能量特征分、按信号的能量特征分dttx)(2 若信号若信号 在在 内内 ，而在有限区间，而在有限区间 内的平均功率是有限的，即：内的平均功率是有限的，即：则信号称为则信号称为功率信号功率信号。)(tx),(dttx)(2),(21tt21)(1212ttdttxtt),(机械电子工程学院机械电子工程学院 频域有限信号频域有限信号是指信号经过傅立叶变换，在频域内占据一是指信号经过傅立叶变换，在频域内占据一定带宽，在带宽外恒等于定带宽，在

6、带宽外恒等于0。例如，正弦信号、。例如，正弦信号、sinc(t)函数、带函数、带限白噪声等为限白噪声等为时域无限、频域有限时域无限、频域有限信号。信号。 函数、白噪声、理函数、白噪声、理想采样信号等，则为频域无限信号。想采样信号等，则为频域无限信号。2.1 信号的定义和分类信号的定义和分类4、按信号的持续范围分、按信号的持续范围分 时域有限信号时域有限信号是在有限时间区间内有定义，而在区间外恒是在有限时间区间内有定义，而在区间外恒等于等于0。例如，矩形脉冲、三角脉冲、余弦脉冲等。而周期信。例如，矩形脉冲、三角脉冲、余弦脉冲等。而周期信号、指数衰减信号、随机过程等，则称为时域无限信号。号、指数衰

7、减信号、随机过程等，则称为时域无限信号。 时域有限信号的频谱，在频率轴上可以延伸至无限远。而时域有限信号的频谱，在频率轴上可以延伸至无限远。而一个在频域上具有有限带宽的信号，必然在时间轴上延伸至无一个在频域上具有有限带宽的信号，必然在时间轴上延伸至无限远处。限远处。一个信号不能够在时域和频域上都是有限的一个信号不能够在时域和频域上都是有限的。机械电子工程学院机械电子工程学院2.2.1 时域分解时域分解1、直流分量和交流分量、直流分量和交流分量 2.2 信号特征的时域提取方法信号特征的时域提取方法信号信号 可以分解为直流分量可以分解为直流分量 与交流分量与交流分量 ，即：，即：)(tx)(txD

8、)(txA)()()(txtxtxAD信号分解为直流信号分解为直流分量和交流分量分量和交流分量信号分解为趋势信号分解为趋势项和交流分量项和交流分量机械电子工程学院机械电子工程学院2、脉冲分量、脉冲分量 2.2.1 时域分解时域分解信号分解为矩形窄脉冲之和信号分解为矩形窄脉冲之和机械电子工程学院机械电子工程学院3、实部分量和虚部分量、实部分量和虚部分量 2.2.1 时域分解时域分解信号的实数表示法信号的实数表示法 信号的复数表示法信号的复数表示法信号的实数和复数表示法及其对应关系信号的实数和复数表示法及其对应关系)sin()(tAtxtjtjeAAetx )()(sincosjAAAeAj机械电

9、子工程学院机械电子工程学院4、正交函数分量、正交函数分量 2.2.1 时域分解时域分解 信号信号 可以用正交函数集可以用正交函数集 来表示，来表示，即：即： 正交条件为：正交条件为： 即在区间即在区间 内分量乘积的积分为零，任一分量在此区内分量乘积的积分为零，任一分量在此区间内能量为有限值。间内能量为有限值。 分量系数分量系数 代表了该正交函数分量的大小，可在满足最代表了该正交函数分量的大小，可在满足最小均方差条件下求得：小均方差条件下求得：)(tx),.,2 , 1)(nitxi)(.)()()(2211txctxctxctxnn)t ,(t21ic2121)()()(2ttittiidtt

10、xdttxtxc),.,2 , 1()(),.,2 , 1,(0)()(21212为常数knikdttxjinjidttxtxttittji机械电子工程学院机械电子工程学院2.2.2 时域相关分析时域相关分析1、相关的概念、相关的概念 2.2 信号特征的时域提取方法信号特征的时域提取方法相关是指客观事物变化量之间的相互依赖关系。相关是指客观事物变化量之间的相互依赖关系。变量变量x x和和y y之间的不同相关情况之间的不同相关情况 两个随机变量两个随机变量x x和和y y之之间的线性相关程度可用相间的线性相关程度可用相关系数来描述，即：关系数来描述，即：)()()(22yxyxyxxyxyyEx

11、EyxEc机械电子工程学院机械电子工程学院1、相关的概念、相关的概念 2.2.2 时域相关分析时域相关分析 相关系数可以定量地描述两个变量相关系数可以定量地描述两个变量x x和和y y之间的相似或相之间的相似或相依关系，但它也有局限性。依关系，但它也有局限性。信号信号 和它的时延信号和它的时延信号)(tx)()(Ttxty机械电子工程学院机械电子工程学院2、相关函数、相关函数 2.2.2 时域相关分析时域相关分析 设随机变量设随机变量x、y是一个与时间有关的函数，令两个信号之是一个与时间有关的函数，令两个信号之间产生时差间产生时差 （即令某个信号在时间轴上平移，平移量为（即令某个信号在时间轴上