非平稳信号瞬时频率估计方法研究

发布时间：2020-03-25 11:46

【摘要】：随着科学技术发展,平稳信号分析与处理方法已趋于成熟,但工程信号因受外界因素干扰而具有非平稳特性,因此找到合适且性能优良的处理非平稳信号的方法尤为重要。瞬态成分是非平稳信号特征的重要表现,其成分中包含大量有效信息,瞬时频率能够较好地反映信号瞬态分成的特征,可以用来判断机械设备故障发生时刻和类型。国内外很多科研工作者对此进行深入探索,并取得一定成果,但在非平稳信号瞬时频率分析方面仍存在一些问题。本文对比分析几种常用的非平稳信号瞬时频率计算方法,针对Hilbert-Huang变换法,分析其经验模态分解过程中端点效应产生原因,提出降低端点效应的办法—一高斯拟合法。利用高斯拟合法对原数据进行延拓,通过实验看出该方法可以有效抑制分解过程中的端点效应。在瞬时频率计算中,基于极坐标系下二阶常微分方程法计算简单,能够快速跟踪信号瞬时频率。本文在此基础上提出一种计算瞬时频率新方法——阈值分段法,该法主要针对非平稳信号的特性。利用相同时间段内信号与x轴围成面积的变化情况确定每一个单分量信号的幅值突变点,在幅值突变点处将信号进行分段,分别求出每一段的瞬时频率,再按时间顺序将所得瞬时频率进行合成,得到每一个单分量信号时间域上完整的瞬时频率。通过实验验证该方法不仅计算简单且能减小因为非平稳信号幅值突然变化给瞬时频率计算时带来的影响。为验证阈值分段法计算非平稳信号瞬时频率的实用性,将该方法应用在滚动轴承故障诊断上,选取滚动轴承三种不同情况下的振动信号进行分析,利用阈值分段法求出信号的瞬时频率,进而得到Hilbert边际谱,并与基于传统Hilbert-Huang变换方法得到的Hilbert边际谱进行对比。通过对比,可以看出该方法可以有效地排除干扰,判断出滚动轴承故障类型,且识别故障信息能力更强。
【图文】：

图２．２邋ＥＭＤ的分解流程图逡逑Ｆｉｇ２．２邋Ｆｌｏｗ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＥＭＤ逡逑如图２．２所示为ＥＭＤ方法的分解流程图。ＥＭＤ方法实际上就是一个筛选分离的过逡逑程，在整个分解过程中，将波形的成分变得单一，且所得到的波形拥有良好的局部对称逡逑性。ＥＭＤ按照特征时间尺度的大小，按照从小到大的顺序逐一将分量从原信号中分离逡逑出来，因此，可以将ＥＭＤ方法看成是一组高通滤波器。逡逑２．１．２端点效应及改善逡逑ＥＭＤ方法自问世以来，由于它优越的特性在很多领域得到了广泛应用。总的来说，逡逑ＥＭＤ方法具有自适应性、正交性与完备性及ＩＭＦ分量的调制特性等突出特点，但由于逡逑三次样条插值包络拟合偏差、端点拟合误差等原因存在严重的端点效应、模态混叠现象，逡逑出现大量的虚假模态分量，导致ＥＭＤ分解结果失真甚至信号无法分解等一系列问题，，逡逑１６逡逑

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【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN911.7;TH133.33

【参考文献】

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本文编号：2599859