[发明专利]基于多频率调制尺度拆分与重构的编码器瞬时角速度估计方法及系统

说明书

本发明提出了一种基于多频率调制尺度拆分与重构的编码器瞬时角速度估计方法及系统,该方法为：对首先通过对编码器信号成分分析及建模，得到多尺度调制下的编码器脉冲信号，经快速傅里叶变换后得到脉冲信号频谱；其次对脉冲信号频谱进行多尺度频域滤波拆分得到不同调制尺度下的解析信号；然后对多尺度调制解析信号成分频域降频与调制特征成分敏感度评估；继而通过频域多尺度调制解析信号成分加权重构得到解析信号频谱，对多尺度重构解析频谱的时域转换得到解析信号；最后根据解析信号的性质，可以获得编码器多尺度重构信号的瞬时角速度。本方法为实现了编码器角速度的高精度计算。

技术领域

本发明涉及旋转机械故障诊断技术领域，具体涉及一种基于多频率调制尺度拆分与重构的编码器瞬时角速度估计方法及系统。

背景技术

编码器主要用来速度测量和定位，在精密制造、汽车工程、铁路船舶等领域有着广泛的应用。旋转机械瞬时角速度包含其运行状态与特征频率的信息，并且具有不受传递路径影响、无传递衰减等优点，是机械设备状态监测及故障诊断的重要手段之一。然而，如何获取精确的瞬时角速度信号，提高旋转机械瞬时角速度信号的信噪比，是基于瞬时角速度信号的旋转机械状态监测及故障诊断面临的重要挑战。编码器随转轴旋转输出的方波及脉冲信号，可拆分为一系列奇倍频调制信号，各调制频率尺度上调制的旋转机械信息不尽相同。传统M法，T法及频率解调法获取的瞬时角速度只利用了1倍频上的调制信息，而忽略了更高调制频率尺度上的有效信息，造成了采样带宽及有效性调制信息的浪费。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于多频率调制尺度拆分与重构的编码器瞬时角速度估计方法及系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于多频率调制尺度拆分与重构的编码器瞬时角速度估计方法,包括以下步骤：

获取旋转机械编码器信号ω(t)；

对编码器信号ω(t)进行成分分析与建模，得到多尺度调制下的编码器脉冲信号；

对多尺度调制下的编码器脉冲信号进行快速傅里叶变换，得到编码器脉冲信号频谱FT(f)；

对编码器脉冲信号频谱FT(f)进行多尺度频域滤波拆分，得到不同调制尺度下的解析信号AS_m(f)；

对不同调制尺度下的解析信号AS_m(f)成分频域降频，使不同调制尺度的解析信号平移到同一调制频率段，得到降频后的不同调制尺度下的解析信号AS_m’(f)；

评估不同调制尺度的解析信号调制特征成分的敏感度，并对不同调制尺度下的每个特征事件的敏感度进行加权；

对平移到同一调制频率段的不同调制尺度的解析信号进行频域加权重构，得到频域多尺度重构解析信号ASz(f)；

对频域多尺度重构解析信号ASz(f)进行时域转换，得到时域多尺度重构解析信号y(t)；

计算时域多尺度重构解析信号y(t)的瞬时角速度，得到编码器瞬时角速度。

本方法为考虑机械故障的编码器角速度估计提供了一种有效手段，利用更高调制频率尺度上的有效旋转机械信息，进行多调制尺度的瞬时角速度精确重构，实现了编码器角速度的高精度计算。

在该方法的一种优选方案中，对编码器信号ω(t)进行成分分析与建模，得到多尺度调制下的编码器脉冲信号的步骤为：

成分分析：将编码器信号ω(t)分为恒定转速部分和波动转速部分，即其中ω₀为恒转速，ω_k(t)为第k个特征事件引起的瞬时角速度波动，n为特征事件的总数；