机械故障非平稳特征提取方法及其应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 非平稳信号特征提取方法研究现状 1

1.1.1 短时傅里叶变换 2

1.1.2 二次型时频分布 2

1.1.3 循环平稳信号分析 3

1.1.4 经验模式分解 3

1.2 小波变换发展历史及其在非平稳故障特征提取中的研究现状 4

1.2.1 小波变换发展历史 5

1.2.2 小波变换在非平稳故障特征提取中的研究现状 6

第2章 滚动轴承与齿轮振动机理与故障特征分析 8

2.1 引言 8

2.2 滚动轴承振动机理与故障特征分析 8

2.2.1 滚动轴承典型结构与相关频率计算 8

2.2.2 滚动轴承振动机理及类型 10

2.2.3 滚动轴承故障振动数学模型 11

2.2.4 滚动轴承故障振动信号特性分析 12

2.2.5 滚动轴承损伤故障的包络谱特征 13

2.3 齿轮振动机理与故障特征分析 14

2.3.1 齿轮系统振动产生机理 14

2.3.2 齿轮振动基本参数 15

2.3.3 齿轮动力学简要分析 16

2.3.4 齿轮故障振动模型与振动信号的调制 17

2.3.5 齿轮故障的包络谱特征 19

2.4 试验装置简介 19

第3章 卷积小波变换及其在非平稳特征提取中应用 21

3.1 引言 21

3.2 连续小波变换基本理论 22

3.2.1 连续小波变换内积型定义 22

3.2.2 连续小波变换卷积型定义 24

3.2.3 小波变换自适应时频特性 25

3.3 内积型离散小波变换基本理论 26

3.3.1 离散小波变换定义及其重构 26

3.3.2 多分辨率分析定义与二尺度方程 29

3.3.3 正交多分辨率分析 31

3.3.4 内积型离散小波变换及其快速实现算法 33

3.3.5 内积型小波包变换及其快速实现算法 37

3.4 卷积型离散小波变换基本理论及其应用 41

3.4.1 卷积型离散小波变换及其快速算法 43

3.4.2 卷积型离散小波变换频率窗口特性与无显式小波幅频响应计算 47

3.4.3 零相位卷积型离散小波变换分解算法 50

3.4.4 仿真信号分解效果比较 52

3.4.5 实际故障信号分解效果比较 61

3.5 卷积型小波包变换及其应用 63

3.5.1 卷积型小波包变换分解算法 64

3.5.2 卷积型小波包变换频率窗口特性 66

3.5.3 零相位卷积型小波包变换分解算法 68

3.5.4 两类小波包变换微弱冲击特征提取能力比较 69

3.6 卷积型小波包变换在轴承故障定量识别中的应用 72

3.6.1 能量算子解调法基本理论 73

3.6.2 冲击脉冲法简介 76

3.6.3 滚动轴承故障诊断与定量识别方法 77

3.6.4 实验信号分析 78

3.6.5 工程应用实例 82

3.7 改进的卷积型小波包变换及其应用 84

3.7.1 卷积型小波包变换中频带错位原因分析及其消除算法 85

3.7.2 卷积型小波包频带重叠缺陷消除算法 88

3.7.3 仿真信号分析 90

3.7.4 应用实例 93

第4章 基于功率对称IIR滤波器的正交小波构造及其应用 97

4.1 引言 97

4.2 常用的模拟低通滤波器及其特性分析 98

4.3 共轭正交滤波器组及正交小波构造 104

4.3.1 共轭正交滤波器组基本理论 104

4.3.2 正交小波构造 106

4.4 基于功率对称的IIR滤波器的正交小波构造 109

4.4.1 Butterworth共轭正交滤波器组设计及Butterworth小波构造 109

4.4.2 Chebyshev Ⅰ型共轭正交滤波器组设计及Chebyshev Ⅰ型小波构造 112

4.4.3 Chebyshev Ⅱ型共轭正交滤波器组设计及Chebyshev Ⅱ型小波构造 117

4.4.4 椭圆共轭正交滤波器组设计及椭圆小波构造 121

4.4.5 仿真信号分析 127

4.5 基于功率对称IIR滤波器组的小波在微弱故障特征提取中的应用 134

4.5.1 基于Shannon信息熵的小波包最佳分解 135

4.5.2 小波包频带能量监测技术 136

4.5.3 一种机械故障特征提取方法的提出 136

4.5.4 实验信号分析实例 137

4.5.5 工程应用实例 141

第5章 第二代小波变换及其在非平稳特征提取中的应用 145

5.1 引言 145

5.2 第一代小波变换在故障诊断中应用的局限性 146

5.3 提升方法基本原理 147

5.3.1 第一代离散小波变换分解与重构的多相矩阵表示 147

5.3.2 Laurent多项式及其欧几里得分解算法 149

5.3.3 多相矩阵因子分解与小波提升原理 150

5.4 基于插值细分的第二代小波变换基本理论 151

5.4.1 基于插值细分原理的第二代小波变换基本步骤 151

5.4.2 第二代小波变换多相表示及其等效滤波器 153

5.4.3 预测器与更新器系数的计算方法 154

5.4.4 第二代小波等效滤波器特性分析 158

5.4.5 第二代小波尺度函数与小波函数 160

5.4.6 第二代小波变换在特征提取中存在的问题 162

5.4.7 第二代小波包变换及其在特征提取中存在的问题 164

5.5 冗余第二代小波变换及其改进 166

5.5.1 冗余第二代小波变换及其特性分析 167

5.5.2 改进的冗余第二代小波变换 172

5.5.3 改进的冗余第二代小波变换对信号的处理效果 178

5.6 改进的冗余第二代小波包变换及其在故障特征提取中的应用 181

5.6.1 冗余第二代小波包变换 182

5.6.2 冗余第二代小波包变换在故障特征提取中存在的问题及消除算法 183

5.6.3 仿真实验 186

5.6.4 实例验证 188

5.7 基于改进的冗余第二代小波包变换自适应Teager能量谱早期故障诊断方法研究 194

5.7.1 Teager能量算子与Teager能量谱 196

5.7.2 频带幅值熵与共振带的自适应提取 196

5.7.3 基于改进的冗余第二代小波包变换自适应Teager能量谱早期故障诊断方法 199

5.7.4 仿真信号分析 200

5.7.5 实验信号分析 203

5.7.6 工程应用实例 209

第6章 复解析小波及其在非平稳故障特征提取中的应用 212

6.1 引言 212

6.2 复解析小波基本理论 213

6.2.1 复解析小波定义及性质 213

6.2.2 复解析小波包络解调基本原理 214

6.3 Morlet小波变换及复平移Morlet小波滤波器组 215

6.3.1 Morlet小波的定义及其性质 215

6.3.2 Morlet小波时频特性 216

6.3.3 Morlet小波变换及其快速实现算法 219

6.3.4 复平移Morlet小波滤波器组 221

6.4 Morlet小波改进及其在非平稳特征提取中应用 222

6.4.1 改进的Morlet小波及其特性 223

6.4.2 改进的Morlet小波在非平稳特征提取中应用 224

6.5 复平移改进的Morlet小波自适应最优包络解调及其应用 230

6.5.1 一种新的带宽参数优化方法 231

6.5.2 复平移改进的Morlet小波自适应最优包络解调方法 234

6.5.3 仿真验证 236

6.5.4 实验信号分析 239

6.5.5 工程应用实例 241

6.6 谐波小波概念 243

6.6.1 二进谐波小波概念及其性质 244

6.6.2 广义谐波小波定义及其变换 246

6.7 改进的谐波小波及其应用 248

6.7.1 改进的谐波小波提出及其特性分析 248

6.7.2 改进的谐波小波变换实现 252

6.7.3 仿真实验及分析 253

6.7.4 应用实例及分析 254

6.8 基于遗传算法与改进的谐波小波自适应最优包络解调方法及其应用 256

6.8.1 遗传算法概述 257

6.8.2 基于改进的谐波小波与遗传算法自适应最优包络解调方法 259

6.8.3 应用实例 260

6.9 改进的谐波小波包峭度图及其在非平稳故障特征提取中应用 264

6.9.1 通常谐波小波包变换及其实现 265

6.9.2 改进谐波小波包变换及其实现 266

6.9.3 谱峭度理论基础 270

6.9.4 改进的谐波小波包峭度图 272

6.9.5 实验数据分析实例 273

6.9.6 工程应用实例 276

参考文献 279