[发明专利]基于阶比滤波器的旋转设备转速波动源提取方法

说明书

本发明公开一种基于阶比滤波器的旋转设备转速波动源提取方法，包括阶比滤波器设计原理和基于阶比滤波器的旋转设备转速波动源提取流程。阶比滤波器用于角度域中，利用双线性变换法可求得其系统函数；结合阶比分析法，将变转速工况下回转部件的时间域非平稳转速波动序列转换为角度域平稳转速波动序列，由离散傅里叶变换求得其转速阶比幅值谱，在此基础上，设计阶比滤波器并对角度域平稳转速波动序列进行滤波，获得各待分析阶比分量角度域转速波动序列，经角度—时间转换后，实现时间域中各待分析阶比分量转速波动序列的有效分离。本发明能够解决了变转速下旋转设备各转速波动源的提取问题，为变转速下旋转设备运行状态监测和故障溯源提供了新思路和新方法。

技术领域

本发明属于旋转设备运行状态监测领域，特别涉及一种旋转设备转速波动源提取方法。

背景技术

旋转设备几乎涉及到工业、民用、国防等领域的各种关键设备，但无论是简单机械还是复杂装备，大都处于变转速的工作状态，此时，设备的振动信号出现调频、调幅、调相等非平稳特征，且易受传递路径的影响，因此，振动分析并不能有效地实现变转速下旋转设备的状态监测与性能评价。与振动信号相比，转速波动信号能够直接反映回转部件的运动和动力学信息，且信号传递路径短，信噪比高，但由于设备在实际服役过程中，常常叠加了多种转速波动成份，给旋转设备状态监测及故障溯源造成困难，因此，在变转速下将各转速波动成份进行有效地分离变得至关重要。

变转速工况下，旋转设备的转频与各谐波转频均随时间变化，但两者比值，即阶比不变，因此，采用阶比分析方法获得的转速阶比幅值谱图能够反映各转速波动成份及其能量分布，算法简单，且去除了与转频无关的分量，但其无法揭示各转速波动成份随设备转速变化的历程；若采用时变滤波器对转速波动序列进行滤波，可获得各波动成份随时间变化的转速波动曲线，但关键问题在于中心频率和滤波带宽的准确获取，运算过程相当复杂，且由于计算误差，保留了较多的噪声成份，因此，为了准确地获取各转速波动成份随设备转速变化的历程及避免复杂的运算，需要从算法和思路上进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于阶比滤波器的旋转设备转速波动源提取方法，以解决上述问题。本发明以阶比分析法和双线性变换法为依据，设计多个阶比滤波器并同时追踪各待分析阶比分量，获得角度域各待分析阶比分量转速波动序列，再从角度域转换到时间域，实现转速波动源在时域中的分离，为变转速工况下旋转设备转速波动过程提取提供了新思路和新方法，并为旋转设备状态监测、性能评估和故障溯源提供了理论基础与方法支持。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于阶比滤波器的旋转设备转速波动源提取方法，包括：

步骤1：变转速工况下，测得回转部件的转速方波，经数据采集卡A/D采样后，利用测速算法求得其非平稳瞬时转速序列s(n)；

步骤2：去除转速变化趋势项，获得时间域非平稳转速波动序列x(n)，对其进行阶比分析，获得角度域平稳转速波动序列y(n)和转速阶比幅值谱；

步骤3：采用双线性变换法设计多个阶比滤波器H(Ls)；

步骤4：利用步骤3设计的多个阶比滤波器同时对平稳转速波动序列y(n)进行滤波，获得各待分析阶比分量角度域转速波动序列y1(n)、y2(n)…；

步骤5：根据阶比分析时间—角度转换原理，对各待分析阶比分量角度域转速波动序列y1(n)、y2(n)…进行角度—时间转换，实现时间域各待分析阶比分量转速波动序列x1(n)、x2(n)…的有效分离。

进一步的，所述阶比滤波器为带通数字滤波器。

进一步的，所述阶比滤波器用于角度域中。