作用万者%简方介数#据吴剑!$W’YV#"江西九江人"博士研究生"研究方向(测试理 论 与 应 用"振 动 信 号 分 析"控 制 理 论 与 应
/ !$! /
弹箭与制导学报
!%%" 年 !
致分析精度不高!在此基础上"产生 了 计 算阶 比 跟踪方法"即等角度间隔的振动序列 不 通 过硬 件 采集实现"而 是 采 用 软 件 方 法"通 过 对 等 时 间 间 隔采样的振动序列的重采样来实现!该方法硬 件采集部分和传统的频谱分析方法 基 本相 同"只 是在等时间间隔采集的振动信号之 外"需要 多 采 集一路转速信号!剩下的全部工作由软件来实 现 "如 图 $ 所 示 过 程 !
A!基于样条插值的计算阶比分析方 法的计算步骤
已 知 ’等 时 间 间 隔 采 样 的 振 动 序 列 (!)"对 应 采集时刻序列为(’!)"转 子 转 速 信 号 序 列(D)"对 应采集时刻序 列(’D)*要 求(’D)应 覆 盖 (’!)所 在 时段"通 常 转 速 序 列 采 样 速 度 要 比 振 动 序 列 的 低+"需 要 分 析 的 阶 比 范 围 #$$"$!$"以 及 细 化 倍 数 I!求’对应的阶比谱!计算步骤如下!
’ 为 !’ZfZ%A !
!Z!fZ"A时"高 压 转 子 转
速 C! 变 化 如 图 & 所
示!
按照 前 面 同 样 的 采 样 速 率 采 集 #!’"Z
图 &!-! 转 速 曲 线
个 数"终 止 时 刻 为 Z&’U
!A"由 图 & 可 知"对 应 过
程中 C! 转 速 变 化 较 大"
直接 采 用 文 献 %ZVW&方
信息"通过对 该 过 程 的 深 入 分 析"可 以 对 转 子 不
对中#碰磨等多种故障特征进 行识别! 由于 试 车
过程影响飞机正常任务的执行"消耗 大 量 的燃 油
和一定的发动 机 寿 命 等 物 质 资 源"因 此"通 常 希
望这样的 过 程 尽 可 能 少"时 间 尽 可 能 短! 因 此"
应该有 太 大 的 变 化"因 此"可以 相 信 图 Y 以 非 常高 的 精 度 估 计 出 了
图 "! 对 非 稳 态 过 程 的阶比谱分析
对应时段内的振动幅值!因此"文中所 述方 法可
法分 析 得 频 谱 结 果 如 图 图Y!对非稳态过程
Y!
的频谱分析
图中谱线峰 值 对 应 频 率 为 $"%UZ$<T"振 幅
为$$UW’PP’A! 仔 细 观 察 该 图 可 以 发 现"该 图
已经出现了谱线的发散"实际上此时 的 振 幅量 测
值已经存在很大的误差了"这一点可 以 从 阶比 谱
已经获知!
说明’步骤#的作用为保证 步骤& 中插值 点
在已知数据对应关系的范围之 内"否则 可能 导致
范围之外的插值误差很大!
"!应用实例
"U@! 过 程 描 述 一次 典 型 的 航 空 发 动 机 试 车 过 程 如 图 ! 所
示!
图 !! 某 型 航 空 发 动 机 试 车 曲 线
曲 线 C$ 为 低 压 转 子 的 转 速 曲 线 *简 称 C$+"曲线 C!*简 称 C!+为 高 压 转 子 的 转 速 曲 线"曲线!J 为 发 动 机 的 振 动 曲 线! 这 三 个 信 号 来自于发动机上专用检测插头中与物理信号成 正比关系的电信号!飞机自带的振动传感器安 装于机腹下方的机匣上"该点可 以感受 到来 自发 动机的各个旋转部件的振动!
723I+9,;T5;,5G5.-U1(4 8,9H2;:.0,;2( 6I*1(,P.9.’(9,5I2*.912(
a8>9?0"28- L945‘9?"7+2395Q/ !G0190::B901)/FF:1:",9BE/BC:809K:BA9DJ/EG0190::B901"L9’?0’$%%#Z")390?# &=095.-9(MB?C[901/BO:B?0?FJA9A9A?4A:E4FD//FE/BB/D?D901P?C390:BJU)/PN4D:O/BO:BDB?C[901P:D3/O/K:BC/P:AD3: Q41A/ED3:DB?O9D9/0?FDB?C[901/BO:B?0?FJA9AD3?D9AA/C/PNF:‘"C/ADFJ?0OF/HNB:C9A9/0UcJD3:P:?0A/EA/EDH?B:B:5 A?PNF901"9D:?A9FJD4B0AD3:D9P:5O/P?90K9QB?D9/0A910?FD/D3:O:1B::5O/P?90K9QB?D9/0A910?FUM39AN?N:B19K:AD3:905 D:1B?D:OC/PN4D901AD:NA/ED3:C/PN4D:O/BO:BDB?C[901P:D3/OQ?A:O/0ANF90:O?D?90D:BN/F?D9/0"A/19K:A?090D:1B?D5 :OE:?A9QF:AC3:P:E/BD3:B:A?PNF901NB/C:AA/EC/PN4D:O/BO:BDB?C[901P:D3/OUM3:0D3:N?N:BE90?FFJ19K:A?B:A4FD /ED39AP:D3/O?NNFJ901D/D3:?:B/:0190:’AC3?01901AN::ONB/C:AAU >,/?25;0(C/PN4D:O/BO:BDB?C[901&ANF90:O?D?90D:BN/F?D9/0&K9QB?D9/0?0?FJA9A&B/D?D901 P?C390:BJ&?:B/:0190:
文中给出了基于样条插值的计算阶比分析 方法的计算步骤%该步骤可以很方便的把时域 振动信号转换为角域振动信号"为旋 转 设 备变 速 过程的转速跟踪分析提供了具体的分析方法%
%!转速跟踪分析
转速跟踪分析方法是针对旋转设备的振动
分析而产生的一种信号分析方法% 转速跟踪分析方法的优点是可以识别变速
过程中的振动幅值%如果采用常规的频谱分析 方法"因为在 振 动 信 号 所 对 应 的 时 间 段 内"频 率 始终变化"所以采用基于平稳信 号假设 基础 上的 各种分析方法都不能给出很好 的分析 结果"而 采 用转速跟踪方法则可以化时间和振动的关系为 角度和振动的关系"避开转速随 时间的 变化 而带 来的非平稳问题%
@!引言
转速跟踪分析的核心问题是设法获取振动 信号随转子转动角度的等间隔变化的角域采样 序列%计算 阶 比 分 析 方 法 可 )!VW* 以 对 时 域 采 样 的振动序列通过重采样的方法获取角域采样序 列"克服了传 统 转 速 跟 踪 方 法 的 缺 陷"大 大 降 低 了 硬 件 的 成 本 "并 且 提 高 了 计 算 精 度 %
"%+ *%& 0%$+,*.0$+
*$+
然后按照(%)和(’GD )的 对 应 关 系"采 用 插 值 算 法
计 算 (%G)对 应 的 序 列 (’%)!
步 骤 #’对 (’%)进 行 裁 减 "使 (’! )刚 好 包 含 被
裁减后的序列(’G%)"设其长度为 CG!
步骤&’按照(’!)和(!)的对应关系"采 用 插
! 第 !" 卷 第 # 期
弹箭与制导学报
+ !$$ +
基于样条插值的计算阶比分析方法"
吴!剑!孙秀霞!李士波
!空 军 工 程 大 学 工 程 学 院 "西 安 !’$%%#Z# !摘要" 转速跟踪分析方法可以有效的用于旋转设备 变 速 过 程 的 振 动 分 析"计 算 阶 比 分 析 方 法 克 服 了 传 统 的 转速跟踪方法硬件结构复杂$成本高$精度差的缺陷"采用软件重采样的方法实现时域采样信号到角域采样 信 号的转变%文中给出了采用样条插值进行计算阶比分析的完整计算步骤"为计算阶比分析的重采样过程给 出 了 完 整 的 可 行 的 方 案 "并 最 后 给 出 了 该 方 法 对 航 空 发 动 机 变 速 过 程 的 振 动 分 析 结 果 % !关键词" 计算阶比分析&样条插值&振动分析&旋转设备&航空发动机 !中 图 分 类 号 "GRS@@$D%! ! !文 献 标 识 码 ",
值算法计算(’G%)对应的序列(!G)!则(!G)即 为 按
等角度间隔重采样的振动序列!
步 骤 Y’计 算 角 采;
$ "%
*!+
记阶比 谱 中 的 谱 线 间 隔 "$ + CG,DG("计 算
E$ + #$$,"$$"E! + #$!,"$$-以起始值E$.终 止
值E!.步 长 $,I 建 立 序 列 (E)!这 里 的 中 括 号 %#
如何最有效地利用这一过程中的全部信息进行
振动参数精确提取便是对其信号分析方法提出
的最基本的需求!
"U%! 频 谱 分 析 与 文 中 方 法 结 果 对 比 对于图! 所 示 试 车 过 程"’ 为 !ZZU"A时"工
作状态为 C$$YYU$$<T"C!$$"!U%#<T! 此 时 以 Z%"&UY$"$<T 采 集 长 度 为 #!’"Z 的 振 动 数 组! 采用文献%ZVW&对 应 的 基 于 频 谱 校 正 的 频 谱 细 化 方 法 可 以 得 到 频 谱 图 局 部 如 图 #!