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30000字硕士毕业论文离散密集光谱校对方法探讨

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:30000字
论点:频谱,校正,离散
论文概述:

课题研究的背景和意义本项目来源于国家自然科学基金重点项目“机械复杂系统建模仿真、运行优化和自愈调控理论与方法”(50635010)”和国家863计划项目“石化大型透平压缩机组实时监测诊断

论文正文:

第一章绪论       课题研究的背景和意义本项目来源于国家自然科学基金重点项目“机械复杂系统建模仿真、运行优化和自愈调控理论与方法”(50635010)”和国家863计划项目“石化大型透平压缩机组实时监测诊断系统研发与工程应用”(2007AA04Z433)。在对远程实时监测和故障诊断系统的开发中,传感器采集到信号后,需要对信号进行分析。当信号频率没有对正某一谱线时,则得到的频率幅值和相位都是不准确的,这时可以利用离散频谱校正方法来得到较准确的频率、幅值和相位,进而进行正确的状态识别和故障判断。工程信号中通常含有密集频率成分信号,如何对离散密集频谱进行校正是本文关心的问题。本文就此开展对离散密集频谱的校正方法的研究以及基于MATLAB的仿真验证。信号处理方法是当前机械设备故障诊断中重要的技术基础之一,分析结果的精确程度是诊断的成功与否的关键因素。研究频谱分析的校正方法和误差分析,提高潜分析方法的精度是当前工程信号处理领域的主要的发展方向之一。对采集信息的分析,其手段的优劣和分析结果的精确程度是用动态信号分析系统进行状态识别和判断决策的关键,它直接决定了工程测试成功与否。因此频谱分析技术的研究与应日直是动态信号分析系统研制的重点和难点之一。       离散频谱分析的精度在动平衡、机械设备故障诊断等工程应用中具有重要作用频谱分析结果的精确程度是在工程应用中能否取得成功的关键因素。研究离散项谱分析的校正方法和误差分析,提高分析方法的精度是其主要发展方向之一。从目前国内外学者所进行的大量研究工作来看,主要是对单频率信号或频率间隔较大的多频率信号的离散频谱的自动识别和校正方法进行探讨,未能深入到密集频率成分离散频谱的误差和校正方法的研究。而实际工程中的很多信号是密集频率成分的信号,对此类信号在进行离散频谱分析时所产生误差的分析方法与频率间隔较大的信号误差分析方法存在巨大差异,校正方法也不相同,校正的难度极大。因此,只有对这类信号在进行离散傅立叶变换时所产生误差进行深入系统的分析和研究,并找到一种较完善的频率、幅值和相位的校正方法,才能使离散傅立叶变换和频谱分析在机械工程中得到更广泛的应用,同时也扩大其在无线电通信、信息图像处理、自动控制、多媒体、机械设备故障诊断等技术的应用范围。      离散松散频谱校正方法研究现状频谱分析在生产实践和科学研究中获得日益广泛的应用。例如,对汽车、飞机、轮船、汽轮机等各类旋转机械、电机、机床等机器的主体或部件进行实际运行状态下的谱分析,可以提供设计数据和检验设计效果,或者寻找振源和诊断故障,保证设备的安全运行等;在声纳系统中,为了寻找海洋水面船只或潜艇,需要对噪声信号进行谱分析,以提供有用信息,判断舰艇运动速度、方向、位置、大小等。因此频谱分析方法的研究,受到普遍的重视,是当前信号处理技术中一个十分活跃的课题[I-26,30-57]01965年库利.图基在《计算数学》杂志上发表快速傅里叶变换((FFT)算法,FFT和频谱分析很快发展成为机械设备故障诊断、振动分析、无线电通信、信息、图象处理和自动控制等多种学科重要的理论基础。然而长期的应用和近年来的理论分析表明:经快速傅立叶变换得到的离散频谱,频率、幅值和相位均可能产生较大误差,单谐波加矩形窗时最大误差从理论上分析可达36.4%[I];即使加其他窗时,也不能完全消除此影响,在加Harming窗时,只进行幅值恢复时的最大幅值误差仍高达15.3%,相位误差高达士90度。因此,频谱分析的结果在许多领域只能定性而不能精确的定量分析和解决问题,大大限制了该技术的工程应用,特别是在机械振动和故障诊断中的应用受到极大限制。从70年代中期,有关学者开始致力于频谱校正理论的研究以期解决离散频谱误差较大的问题。      1975年JohnC.Borges等从事电学领域研究工作的学者采用插值法对加矩形窗的离散化频谱进行校正[t2],解决了电学中的离散高次谐波参数的精确测量问题;1983年ThomasGrandke提出了加Harming窗的内插法[,],进一步提高了离散高次谐波参数的分析精度;1992年CarloOffelli和DarioPetri研究了随机噪声对内插法校正精度的影响[41;1993年,丁康和谢明提出了三点卷积法幅值校正法[(11,提高了频率间隔较大的信号的离散频谱幅值精度,解决了工程实际中的一些问题,并从理论上分析了这种方法的误差;1994年谢明、丁康等提出和发展了比值频谱校正方法(s-81,使内插法系统地发展成为一种通用的频谱校正方法;1995年刘进明、应怀樵对FFT谱的局部进行细化分析,得到某个主要频率成分的频率、幅值和相位的校正方法[;1997年谢明、丁康等分析了离散频谱中的负频率成分和多频率成分的干涉现象,提出了用相位判据和幅值判据综合判定和识别单频率成分的方法,实现了单频率成分和频率间隔较大的多频率成分的自动识别和校正[to];1998年陈奎孚等提出利用DFT连续谱,搜索出最大幅值,进而迭代出频率的校正方法[川;1999年朱利民等在三点卷积幅值校正法的基础上,从理论上分析了多点卷积幅值修正}2001年朱利民、丁康等同时将此方法发展为能量重心校正法〔13];1998年到2003年,丁康、谢明等通过多篇文章研究并改进该校正方法,后来他们又提出了可以时域平移、可以改变窗长和窗函数的方法,最后给出了通用的相位差校正方法【14-23]02004年,陈孚奎等对频谱分析中因为存在负频率的影响而导致的计算误差进行了校正,得到了非常高的校正精度[[24]02005年,王柏林针对实时信号处理中信号不能同步,即存在小的同步偏差而提出小偏差校正法[[2s]02005年,黄志云等又对相位差法提出了窗中心平移法[26],得到了推广以后的统一相位差校正公式;同年,黄纯等将相位差校正法与电力系统测量结合,提出了自动准同期算法[[27]0参考文献[1]丁康谢明.离散频谱三点卷积幅John C.B.On Digital Spectrum556-567积幅值校正法的误差分析[fJ].振动工程学报,1994,9(1):92-98Analysis of Periodic Signals [J]. J.Acoust. Soc.Amv. 1975, 58(3):Thomas 谢明,丁康.频谱分析的校正方法[fJ].振动工程学报,1994, 7(2):172-179谢明,丁康.离散频谱分析的一种新方法[[J].重庆大学学报,1995, 18(2):47-54黄迪山.FFT相位误差分析及实用修正方法[[J].振动工程学报.1994,7(2):185-189刘进明.应怀樵..FFT谱连续细化分析的傅立叶变换法[[J].振动工程学报,1995,8(2):162-166谢明,丁一康,莫克斌.频谱校正时谱线干涉的影响和判定方法[fJ].振动工程学报,1998,11(1):22-28陈奎孚,焦群英,高小蓉.提高FFT谱质量的一种新方法[fJ].振动、测试与诊断,1998,18(3):216-232朱利民,钟秉林,黄仁.离散频谱多点卷积幅值修正法的理论分析[fJ].振动工程学报,1999,12(1):120-125[9]丁康,江利旗.离散频谱的能量重心校正法[[J].振动工程学报,2001,14(3): 354-358丁康,朱小勇.适用于加各种窗的一种离散频谱相位差校正法[[J].电子学报,2001,129(7):987-989丁康,江利旗.离散频谱综合相位差校正法[[J].振动工程学报,2002,15(1):114-116[12]丁康,罗江凯,谢明.离散频谱时移相位差校正方法[[J].应用数学与力学,2002,23(7):729-735Ding Kang, Zhong Shuncong. Research of phase difference correcting methods on discretespectrum [A]. 8t\" 摘要 4-6 ABSTRACT 6-7 第一章 绪论 13-19     1.1 课题研究的背景和意义 13-16         1.1.1 离散松散频谱校正方法研究现状 13-15         1.1.2 离散密集频谱校正方法研究的现状 15-16     1.2 本论文所进行的工作 16-19 第二章 窗函数的选择 19-25     2.1 矩形窗 19-22         2.1.1 连续矩形窗 20-21         2.1.2 离散矩形窗 21-22     2.2 汉宁窗(Hanning)与海明窗(Hamming) 22-23     2.3 三种窗的旁瓣比较 23-24     2.4 小结 24-25 第三章 离散频谱误差分析与谱线干涉现象 25-33     3.1 离散频谱误差分析 25-30         3.1.1 单频率谐波离散频谱误差的理论分析 25-28         3.1.2 对单频率谐波信号加三种典型窗函数进行离散频谱分析时误差分析 28-30     3.2 谱线分析中谱线干涉现象 30-31     3.3 小结 31-33 第四章 离散松散频谱校正技术 33-45     4.1 校正方法原理概述 33-36         4.1.1 能量重心校正法 33-34         4.1.2 比值校正法 34         4.1.3 FFT+FT连续细化分析傅里叶变换法 34-35         4.1.4 相位差校正法 35-36     4.2 仿真研究及结果分析 36-40     4.3 离散频谱分析中谱峰单频率成分的判断识别与自动校正 40-43         4.3.1 加汉宁窗时谱线干涉的判定方法 40-42         4.3.2 离散松散频谱的自动校正 42         4.3.3 仿真研究 42-43     4.4 小结 43-45 第五章 离散密集频谱的校正方法研究 45-63     5.1 比值校正法应用的不足与前提 46     5.2 密集频谱校正的理论基础 46-48     5.3 谱分解校正法的推广 48-51     5.4 两临近谱峰的频域参数识别法 51-59         5.4.1 识别原理 51-55         5.4.2 方法实现 55-56         5.4.3 仿真验证 56-59     5.5 三个邻近谱峰参数的识别法初探 59-61     5.6 小结 61-63 第六章 密集频谱的细化与校正技术 63-77     6.1 线性调频细化法 63-72         6.1.1 算法原理 63-65         6.1.2 新细化算法的形成──SSZA 65-68         6.1.3 仿真分析 68-72         6.1.4 小结 72     6.2 复调制选带细化分析(ZFFT) 72-76         6.2.1 算法原理 72-73         6.2.2 密集频谱自动校正程序实现 73-74         6.2.3 仿真分析 74-76     6.3 小结 76-77 第七章 结论与研究展望 77-79     7.1 结论 77-78     7.2 研究展望 78-79