基于第二代小波的機械故障信號處理方法研究.pdf

1、隨著對安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量需求的不斷提高，當(dāng)機電設(shè)備偏離正常工作狀態(tài)時，要求能夠被及時發(fā)現(xiàn)并進行維修，因此設(shè)備的故障診斷技術(shù)成為當(dāng)前國際國內(nèi)研究的一大熱點問題。第二代小波是近年來發(fā)展起來的一種新的小波構(gòu)造理論，具有許多傳統(tǒng)小波變換無法比擬的優(yōu)點，在信號分析和處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為此，本文以機械設(shè)備的故障監(jiān)測和診斷為目的，系統(tǒng)地開展了第二代小波理論在信號壓縮、信號消噪、故障檢測以及故障模式分類方面的應(yīng)用研究。
　　首先，研究了第二

2、代小波濾波器的時頻特性，指出了采用第二代小波對機械故障信號分析時存在的問題。研究表明，第二代小波的尺度濾波器和小波濾波器在時域中是緊支撐的、對稱的，并且具有沖擊特征，可以用來提取故障信號中的瞬態(tài)沖擊特征；第二代小波濾波器在頻域中不具備理想的頻率特性，頻帶之間存在交疊；第二代小波具備分析非平穩(wěn)信號的能力，但是分析結(jié)果存在頻率混疊問題，因此在故障診斷中的應(yīng)用存在局限性。
　　其次，研究了第二代小波變換的頻率混疊問題，提出了抑制頻率混疊

3、的方法，為故障特征的有效提取提供了理論依據(jù)。分析了分裂操作、預(yù)測操作、更新操作以及合成操作的性質(zhì)，指出了第二代小波產(chǎn)生頻率混疊的原因和抑制頻率泥疊的方法；研究了冗余第二代小波的性質(zhì)，結(jié)果表明，冗余第二代小波在變換過程中不進行分裂和合成操作，因此不僅可以抑制分析結(jié)果中的頻率混疊成分，而且使變換具備了平移不變性。從濾波器頻率響應(yīng)的角度解釋了冗余第二代小波包產(chǎn)生頻帶錯位的原因，提出了消除冗余第二代小波包頻帶錯位的修正方法。
　　再次，提

4、出了一種基于二維第二代小波變換的旋轉(zhuǎn)機械振動信號壓縮方法。在第二代小波變換和混合熵編碼的信號壓縮框架下，分析了旋轉(zhuǎn)機械振動信號的準(zhǔn)周期特性及其二維描述方法，提出了首先按照回轉(zhuǎn)周期將振動信號從一維信號轉(zhuǎn)換為二維矩陣，然后再采用二維小波變換對其進行壓縮和重構(gòu)的方法。試驗結(jié)果表明，有損壓縮與無損壓縮技術(shù)相結(jié)合可以在保證信號重構(gòu)精度的同時，進一步提高信號的壓縮比；對于旋轉(zhuǎn)機械振動信號，采用二維小波變換進行壓縮具有更好的壓縮性能。
　　然后

5、，提出了一種基于空間自適應(yīng)冗余第二代小波變換的信號消噪方法?？臻g自適應(yīng)第二代小波可以針對每一尺度上的每個樣本選擇最佳的預(yù)測器，從而能夠更好地鎖定信號的局部特征。冗余小波變換具有抑制混疊特性和平移不變特性，在信號消噪時能夠更加準(zhǔn)確地估計噪聲強度，并且可以緩解消噪后信號在奇異點處的吉布斯振蕩現(xiàn)象。因此，空間自適應(yīng)冗余第二代小波可以更好地應(yīng)用于信號消噪。試驗結(jié)果表明，基于空間自適應(yīng)冗余第二代小波的信號消噪方法不僅可以提高信噪比、降低均方誤差，

6、而且能夠保留更多的瞬態(tài)故障特征。
　　最后，對冗余第二代小波包變換在機械故障檢測和故障模式分類中的應(yīng)用進行了研究。針對機械故障模式分類問題，提出了一種基于冗余第二代小波包的故障模式分類方法，該方法利用冗余第二代小波包提取故障特征參數(shù)，利用鄰域粗糙集對特征參數(shù)進行屬性選擇。通過對滾動軸承微弱故障進行檢測以及對齒輪箱和汽車發(fā)動機氣門機構(gòu)多種故障工況模式進行分類，試驗結(jié)果表明，基于冗余第二代小波包可以有效地檢測出機械振動信號中的微弱故障