[发明专利]一种旋转机械转速波动无键相阶次跟踪方法

权利要求书

1.一种旋转机械转速波动无键相阶次跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取旋转机械在变转速工况运行时的振动加速度信号；

步骤2：对所述振动加速度信号进行离散短时傅里叶变换，获取时频表达式；

步骤3：通过双侧快速脊线提取法，估计所述时频表达式的初始时频脊线；

步骤4：通过变分非线性调频模态分解法，根据所述振动加速度信号和初始时频脊线，分离重构模态分量及其瞬时频率，提取信号动态特征；

步骤5：对所述信号动态特征进行希尔伯特变换和解卷绕计算，获取模态分量的瞬时相位曲线，然后进行等角度重采样，获得角域信号；

步骤6：对所述角域信号进行加窗处理并利用离散傅里叶变换转换至阶次域，进行谱分析并实现故障诊断；

所述步骤2包括以下步骤：

步骤201：设置窗函数长度N_W和傅里叶点数L_F，构造相应窗函数g(t)：

步骤202：对变转速的振动加速度信号x(t)进行离散短时傅里叶变换，获得时频表达式TFR(t,f)；

所述步骤3包括以下步骤：

步骤301：初始化参数：设置滤波器带宽b_w、预设模态数量Q以及最大频率变化Δf；

步骤302：搜索寻找TFR(t,f)中能量值最大的一点，作为时频脊线Q的初始点；

步骤303：基于初始点(t_m,f_m)，在最大频率变化Δf范围内，沿着时间轴分别向左和向右遍历搜索最大能量值点，构成完整的

步骤304：将从TFR(t,f)中去除；

步骤305：重复上述步骤301至步骤305，所得时频脊线数量i等于预设模态数量Q时停止，获得所述时频表达式的初始时频脊线；

所述步骤4包括以下步骤：

步骤401：初始化参数，设置惩罚因子α,β，噪声变量w以及收敛容限δ，输入振动信号x(t)和初始时频脊线f_i；

步骤402：构造离散化的矩阵和解调信号矩阵

步骤403：利用交替方向乘子法更新步骤401中的各参数和矩阵；

步骤404：若初始时频脊线f_i估计误差大，重构后所得信号与真实值相比残差大于预设的残差阈值，则利用重启动算法，重新设置有关参数和矩阵；

步骤405：当各模态分量x_i更新前后误差小于收敛容限δ时，则终止计算，输出重构结果g。

2.根据权利要求1所述的一种旋转机械转速波动无键相阶次跟踪方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤201：设置窗函数长度N_W和傅里叶点数L_F，构造相应窗函数g(t)：

式中，σ为窗函数系数；

步骤202：对变转速的振动加速度信号x(t)进行离散短时傅里叶变换，获得时频表达式TFR(t,f)：

式中，x(k)为信号x(t)的离散化，g(k)为窗函数g(t)的离散化，Δt为等时间采样间隔，N为总采样点数，o,m,n＝0,1,2,...,N-1为离散步数。

3.根据权利要求1所述的一种旋转机械转速波动无键相阶次跟踪方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤301：初始化参数：设置滤波器带宽b_w、预设模态数量Q以及最大频率变化Δf；

步骤302：搜索寻找TFR(t,f)中能量值最大的一点，作为时频脊线Q的初始点，该步骤的计算表达式为：

步骤303：基于初始点(t_m,f_m)，在最大频率变化Δf范围内，沿着时间轴分别向左和向右遍历搜索最大能量值点，构成完整的该步骤的计算表达式为：

步骤304：将从TFR(t,f)中去除，该步骤的计算表达式为：

步骤305：重复上述步骤301至步骤305，所得时频脊线数量i等于预设数量Q时停止，该步骤的计算表达式为：