[发明专利]基于自适应STFT的旋转机械阶次跟踪方法

说明书

技术领域

本发明属于旋转机械设备故障诊断技术领域，涉及一种具有自适应时频分频率特性的STFT的阶次跟踪方法。

背景技术

旋转机械故障诊断的基本思想是，根据机组振动信号确定故障信号与旋转角度之间的对应关系，即主轴转动一周产生故障脉冲的个数，进而判断故障信号的位置。对于恒转速的机组，主轴旋转角度与时间具有一一对应的关系，因此基于振动信号频谱的诊断方法可以将振动时间信号的频谱与故障信号产生的位置建立对应关系。如果振动信号采集过程中机组的转速发生变化，则信号频域中故障对应的是某个谱线簇，所以基于频谱的诊断方法不再适用于变转速机组的故障诊断或者恒转速机组启停机过程的振动分析。

阶次跟踪技术是旋转机械故障诊断的一种重要方法，尤其是针对变转速的机组或者恒转速机组启停机过程的机组故障诊断。传统的基于短时傅里叶变换STFT的阶次跟踪方法，存在着无法改变时频分辨率的限制，仅适用于转速变化比较小的机组。当机组转速快速变化时，例如机组起停机过程，转速比较低的时候需要高的频域分辨率以免阶次混叠，而在转速波动很大的时候则需要高的时域分辨率以保证能精确的跟踪转速的变化，这是传统的基于STFT的阶次跟踪方法无法解决的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自适应STFT的旋转机械阶次跟踪方法，以解决现有阶次跟踪方法无法改变时频分辨率的限制，存在时频域的混叠，仅适用于转速变化比较小的机组的问题。

为实现上述目的，本发明的基于自适应STFT的旋转机械阶次跟踪方法的步骤如下：

（1）采集旋转机械机组的振动信号x(n)，x(n),n=0,1,…,N-1；

（2）根据机组转速的变化趋势，依据转速越小窗函数长度越大来确定窗函数长度的变化公式b(n)；

（3）用自适应STFT计算振动信号的时频谱，得到变换后的时频谱二维序列X[i,k],i,k=0,1,2,…,N-1；

（4）搜索时频谱二维序列X[i,k]每一列中的极大值并记录其行号，将要提取的阶次分量之外的元素置为0，得到需要提取的阶次分量的时频域成分X'[i,k]；

（5）将提取的阶次分量的时频域成分带入下式得提取的阶次分量，实现阶次跟踪，

x(m)=1DNΣi=-∞+∞Σk=0N-1X′(i,k)b(k)-(m-k)Δb(k)(b(k))32gi(m-i)exp(j2πmNk),]]>