БИБЛИОТЕКА по теме «Исcледование работоспособного состояния привода»
|
|
|
|
БИБЛИОТЕКА по теме «Исcледование работоспособного состояния привода» |
|
|
Сравнение порядкового анализа и гармонического анализа
В классическом гармоническом анализе хорошо известно, что основная частота не изменяется во времени. Вмете с тем фазы и амплитуды отдельных спектральных составляющих изменяются во времени, а центральные частоты каждой гармрнической составляющей постоянны.Другими словами, гармонический анализ подходит только тогда, когда скорость вращения деталей машины постоянна.
При постоянной частоте вращения номер гармоники (order) может быть хорошо идентефицирован одновременно с общепринятым спектром мощности и грфиком зависимости частоты от времени.
Во многих случаях существенный интерес представляет анализ вибраций при наборе скорости вращения или замедлении. Одной из наиболее важных задач решаемых при помощи Order Analysis является извлечение информации о порядках гармоник которые могут содержаться в спектре мощности во время изменения скорости. Т.е. в случае когда центральные частоты гармоник меняются во времени.
Applications of Order Analysis
Сопоставление свойств сигналов вибрации и шума с характеристиками машин.
Идентификация характеристик которые изменяются во времени, что важно при проектировании или поике неисправностей.
Signal Processing
Метод Re-Sampling
Re-Sampling один из наиболее широко применяющихся методов при Order Analysis (анализе порядка гармоник). На figure 3-1 показан этот метод.
Этот метод предполагает преобразование измерений проводящихся через
одинаковые промежутки времени в измерения проводящиеся через одинаковые
приращения угла. В дальнейшем сигнал может быть подвергнут
преобразованию Фурье.
Получить зависимость амплитуды спектральных компонент от оборотов можно двумя способами.
Первый способ - использовать сигнал от датчика оборотов как старт-стоп
для аналогово цифрового преобразования сигнала от датчика вибрации.
Второй способ - одновременно оцифровывать сигналы от датчика оборотов и
датчика вибрации с одинаковой скоростью. Затем интерполировать и
апроксимировать сигнал от датчика ускорений, беря за узловые точки те
которые соответствуют одинаковому приращению угла. Для первого способа
нужно дополнительное устройство, для второго нет. После того как
измерения при одинаковом приращении угла выполнены можно делать
преобразование Фурье, при этом время пересчитывается в приращение угла, а частота в порядок гармоники.
На figure 3-2 показана спектрограмма,
полученная при взятии отсчетов через одинаковые приращения угла. Нижний
график (angle-samples) является сигналом полученным через одинаковые
значения приращения угла. (angle - угол, samples-отсчеты). График слева
вверху (Order Spectrum) показывает спектр порядка гармоник, вычисленный
как преобразование Фурье сигнала, взятого через одинаковые приращения
угла. На графике Order Spectrum значимые пики появляются в порядке
возрастания номера гармоники. Справа вверху график Order vs. Rev
(Порядок гармоники от оборотов) как результат вычисления STFT
(short-time Fourier transform) короткого преобразования Фурье, где
вместо оси частоты показана ось порядка гармоники. (Пересчитать порядок
гармоники в частоту очень просто. Для этого нужно разделить обороты
детали в минуту на 60 и результат умножить на порядок гармоники) Каждая
горизонтальная светлая линия показывает величину сигнала во всем
диапазоне оборотов. После этих преобразований восстановление исходного
сигнала может вызвать затруднения.
Adaptive Filter
Адаптивная фильтрация
Несмотря на то, что частоты гармоник изменяются в зависимости от
скорости вращения во времени, можно предположить ,что скорость вращения
и частоты могут быть постоянными за короткий интервал времени.
В методе адаптивной фильтрации используются полосовые фильтры, при
помощи которых выделяютя интересующие гармоники. Фильтры Калмана могут
быть хорошим примером решения этой задачи. Фильтр Калмана (Vold-Kalman
Order Tracking Fiter) может извлекать два номера гармоник, которые
очень хорошо различаются.
Gabor Transform
Преобразование Габора
Преобразование Габора одно из обратимых (invertible) частотно
временных преобразований. Это значит, что любой сигнал зависящий от
времени может быть восстановлен путем применения инверсного
преобразования Габора. Результатом преобразования являются коэффициенты
Габора а инверсное преобразование известно как расширение (expansion)
Габора.
Преобразование Габора может быть вычислено при помощи преобразования
STFT или Фурье преобразования массива на который наложено окно,
например Ханнинга. Однако, для обеспечения реконструкции сигнала, вы
должны очень аккуратно работать с окном, сдвигом окна, фронтом сигнала.
Следующие методы используют для обеспечения реконструкции сигнала:
Overview of the Order Analysis Toolset Algorithm
Базирующийся на преоразовании Габора набор инструментов для порядкового
анализа (Order Analisis Toolset) для LaBVIEW представляет новый метод,
применяя который можно полностью решить следующие задачи:
Преобразование Габора может давать распеделение мощности исходного сигнала как функцию одновременно времени и частоты. На figure 3-5
показана частотно-временная карта, полученная после вычисления
преобразования Габора для простого сигнала вибрации вращающегося
механизма. Горизонтальная ось определяет время, а вертикальная ось
определяет частоту. Величина коэффициентов определяет цвет, для черно
белой шкалы белый цвет соответствует максимальной величине, черный
минимальной.
Так как скорость вращения изменяется не сильно в каждый промежуток
времени, спектр каждой составляющей хорошо различим. Вместае с
изменением скорости вращения центральная частота каждой составляющей
также изменяется во времени. Таким образом, хорошо видно, что светлые
линии , соответствующие каждой составляющей искривляются на частотно
временной карте, как показано на figure 3-5.
Светлые кривые имеют большую величину чем более темные в их
окрестности. Эти светлые кривые показывют порядок компонент (гармоник)
и соответствуют каждая своему порядковому номеру.
Из частотно-временной карты мы можем выделить порядки гармоник, или
другие части сигнала, которые ас интересуют. Далее мы можем
восстановить эти части сигнала в координатах амплитуда-время, используя
преобразование Габора.
На figure 3-6 показан весь процесс работы порядкового анализа Order Analysis.
Этот процесс состоит из следующих шагов:
Применения Order Analysis
Обработка сигналов
Введение в порядковый анализ
Vibration Signal - сигнал датчика вибрации
Tachometer Cignal - сигнал датчика оборотов(тахометр)
