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《廣義S變換在轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷中的應用.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。
1、第35卷第2期華僑大學學報(自然科學版)Vo1．35No．22014年3月JournalofHuaqiaoUniversity(NaturalScience)Mar．2014文章編號：1000—5013(2014)02—0127-05doi：10．11830／ISSN．1000-5013．2014．02．0127廣義S變換在轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷中的應用朱明，李志農(nóng)，何旭平，鄔冠華(南昌航空大學無損檢測技術教育部重點實驗室，江西南昌330063)摘要：基于廣義S變換在處理非平穩(wěn)信號的獨特優(yōu)勢，將廣義S變換(GST)引入到轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷中，
2、利用廣義s變換來提取具有不同的嚴重程度的轉(zhuǎn)子碰摩故障信號的諧波特征．仿真研究表明：與小波變換和標準S變換相比，GST可以通過改變參數(shù)以適應不同信號的分析需要，并且具有更高的時頻分辨率．試驗結(jié)果分析表明：該方法能夠有效地揭示出碰摩故障數(shù)據(jù)的頻率結(jié)構(gòu)，區(qū)分碰摩故障的嚴重程度．關鍵詞：故障診斷；廣義S變換；碰摩；時頻分辨率中圖分類號：TH165．3；TN911．6文獻標志碼：A碰摩是旋轉(zhuǎn)機械的一種常見故障，是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)的一個重要原因[1]．國內(nèi)外學者對轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷也進行了廣泛的研究，提出了一些有效的方法．其中，最典型的是利用小波變
3、換的良好時頻局部化特性來分析轉(zhuǎn)子碰摩故障特征．文獻[2—3]用小波尺度譜和相位譜對碰摩故障的仿真數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果表明小波尺度譜和相位譜在碰摩故障數(shù)據(jù)的分析方面具有明顯的優(yōu)勢．文獻[4]利用諧波小波變換對含定子一轉(zhuǎn)子摩擦的裂紋轉(zhuǎn)子滑動軸承系統(tǒng)的振動進行了詳細研究．文獻fs]用小波時頻等高圖來診斷質(zhì)量慢變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的碰摩故障，取得了比較好的效果．然而，在小波變換中，處理非平穩(wěn)信號時，合適的基函數(shù)選擇是非常重要的，一旦選擇，在分析信號時，基函數(shù)就不允許更改，缺乏自適應性．而且小波分解結(jié)果只與分析頻率有關，與信號本身無關．另外，其基
4、本小波函數(shù)還必須滿足容許性條件，這些不足或多或少制約了小波變換的應用．因此，需要尋求新的有效的時頻分析方法．S變換(S-transform)是繼小波變換后新出現(xiàn)的一種時頻分析方法，它吸取了短時Fourier變換和小波變換的所有優(yōu)點，又彌補了各自的不足[6]．S變換既是一種無損變換，又是一種線性變換，時頻分辨率與信號本身直接關聯(lián)．然而，由于s變換中采用的窗函數(shù)仍是固定的，缺乏自適應性．為克服此不足，文獻[7—9]在標準S變換的尺度因子的基礎上，通過引入調(diào)節(jié)因子，使得窗函數(shù)寬度能根據(jù)分析信號的頻率變化而自適應地調(diào)整，這種改進的s變換，稱為
5、廣義s變換．本文將廣義s變換引入到轉(zhuǎn)子碰摩故障診斷中，分析了具有不同嚴重程度的碰摩故障的振動特性，并進行了實驗驗證．1廣義S變換設x(t)∈L(R)，L(R)為能量有限函數(shù)空19，則信號z(￡)的一維S變換定義為S(r，廠)一fx(r)zv(r—t，廠)exp(-i2nft)dt，f?一唧c一f式(1)中：f為頻率；r為時移因子；叫(r，-廠)為一高斯窗函數(shù)；i為虛數(shù)單位．相應地，S變換的逆變換為收稿日期：2013—11—18通信作者：李志農(nóng)(1966一)，男，教授，博士，主要從事智能檢測與信號處理，機械設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的研究．
6、E_mail：lizhinong@tsinghua．org．cn．基金項目：國家自然科學基金資助項目(51075372，50775208)；江西省教育廳科技計劃項目(GJJ12405)；湖南科技大學機械設備健康維護湖南省重點實驗室開放基金資助項目(201204)；江西省研究生創(chuàng)新基金資助項目(YC2013一$214)l28華僑大學學報(自然科學版)(r)一l[1S(t，f)dt~exp(i2nfr)df—lX(f)exp(i2nfv)d(2)由式(1)可知：窗函數(shù)的寬度與頻率成反比，因而，可以根據(jù)信號的頻率變化自適應地調(diào)節(jié)窗函數(shù)的寬度
7、，從而得到合適的時頻分辨率．因此，標準S變換與小波變換類似，也具有多分辨率特性．然而，標準S變換具有小波變換所不具有的獨特性質(zhì)，如小波變換的分解尺度與信號頻率無關，只與分析頻率有關，缺乏明顯的物理意義．標準S變換與該信號的Fourier變換直接關聯(lián)，這樣，保證了該變換的無損性．這些獨特的優(yōu)勢，使得標準s變換比小波變換具有更強的非平穩(wěn)信號的處理能力．由式(1)還可知，S變換中的基本小波函數(shù)仍是固定的，缺乏自適應性．為此，文獻[7—9]通過引入調(diào)節(jié)參數(shù)對標準S變換進行延拓，給出廣義S變換(GST)，其表達式為GST(r，-廠)一1x(t)
8、w(v—t，-廠)exp(-i2nft)dt．(3)此時，高斯窗函數(shù)w(r，．廠)相應變?yōu)閒是√2expz憊’式(4)中：志，P為調(diào)節(jié)因子，k>O，p>O．對比式(4)和式(1)可知：當一是一1時，廣義s變換就退化為標準
