旋转机械振动瞬时特征向多目标状态映射的可视化研究

旋转机械监测涉及多个目标状态,其振动信号的瞬时特征量直接有效地反映了设备状态信息，为了能对设备状态进行全面准确的监测，急需研究瞬时特征与多目标状态间的映射问题。课题以旋转机械的多目标状态监测为出发点，研究能表征目标子系统状态的信号分量瞬时特征的自动检测、识别及参数化表达方法；以旋转机械目标单元的局部振动模型和系统全局耦合振动模型为基础，分析各阶谐波瞬时特征的变化对模型植入故障的敏感程度，发展目标故障状态的模型复现方法，探究目标状态改变所引起振动谐波瞬时特征的属性，分布和变化规律；在图像解析空间内建立瞬时特征图形元素与各个目标状态子空间的归属或对应关系，揭示旋转机械瞬时特征与多目标状态间的映射关系，实现旋转机械多目标状态的精细辨识与可视化监测。

旋转机械状态监测与诊断涉及多个目标部件的振动信号，其相互耦合关联、相互交叠干扰的特性给设备状态的辨识带来了巨大的挑战。我们针对旋转机械的目标状态与其振动瞬时特征的映射关系问题，展开了细致深入的研究。首先我们以典型旋转机械的传动系统为研究对象，研究了其系统子部件的振动模型及子部件之间的动力传递模型，掌握了系统模型在不同内外部激励下的产生的振动形态，进而确定了各部件振动信号的混叠方式。项目采用了最优小波的主分量重构、时频脊线、时频相关技术等方法对旋转机械振动信号中的特征分量进行分离和提取，并对其各特征分量的瞬时幅值、瞬时频率及瞬时相位进行了参数化的测度。项目采用了感应聚类分析方法建立了提取分量瞬态特征与目标状态之间的映射关系，分析了各阶谐波瞬时特征的变化对各部件状态变化的敏感程度；为了能以图象形式显示目标状态与特征状态之间的映射关系，项目采用了三维立体状态簇分布图图及多元变量二维变化图随时间来对旋转机械瞬时特征与多目标状态间的映射关系进行可视化的描述。