基于迭代Hilbert变换的多分量信号解调方法研究及应用

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1、第45卷第8期机械工程学报Vol.45No.82009年8月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGAug.2009DOI：10.3901/JME.2009.08.037基于迭代Hilbert变换的多分量信号*解调方法研究及应用秦毅王家序汤宝平(重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030)摘要：旋转机械系统发生故障时，其振动信号通常为多分量AM-FM信号。针对传统的解调方法在多分量振动信号故障特征提取中的局限性，提出一种利用迭代Hilbert变换(IteratedHilberttransform，IHT)进行机

2、械故障诊断的新方法。介绍IHT的基本原理；通过对任一两分量的AM-FM信号的分析表明利用IHT得到的相位信息直接估计瞬时频率具有一定的局限性，于是提出基于差分算和零相位数字低通滤波的平滑的瞬时频率估计方法，并通过仿真试验表明，与自适应分割算法和Hilbert-Huang变换相比，该方法具有很高的精度且速度较快。对具有外圈故障的滚动轴承和具有断齿故障的齿轮箱振动信号的分析结果表明，基于IHT的多分量AM-FM信号解调方法能有效地提取机械故障振动信号中的故障特征。关键词：多分量解调Gianfelici变换零相位滤波机械故障诊断中图分类号：

3、TH115MulticomponentDemodulationBasedonIteratedHilbertTransformandItsApplicationQINYiWANGJiaxuTANGBaoping(TheStateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission,ChongqingUniversity,Chongqing400030)Abstract：Thevibrationsignalsoffaultyrotarymachinerysystemsaregenerallymulticomponen

4、tAM-FMsignals.Aimingatthelimitationsofconventionaldemodulationmethodsforextractingthefaultfeaturesofmulticomponentvibrationsignals,anewapproachformechanicalfaultdiagnosisbasedoniteratedHilberttransform(IHT)isproposed.TheprincipleofIHTisintroduced.Itisseenfromtheanalysis

5、foranarbitrarytwo-componentsignalsthattherearelimitationsinthedirectestimationofinstantaneousfrequencieswiththephasesignalsobtainedbyIHT,soasmoothedinstantaneousfrequencyestimationmethodbasedondifferenceoperatorandzero-phasedigitallow-passfilteringisproposed,andthesimul

6、ationtestingshowsthatthismethodishigherinaccuracyandspeedcomparedwiththeself-adaptivesegmentationalgorithmandHilbert-Huangtransform.Theanalysisresultsoftherollerbearingvibrationsignalwithanouterracefaultandgearboxvibrationsignalwithanbrokenteethfaultshowthatthefaultfeat

7、uresofmechanicalfaultsignalscanbeextractedefficientlybyusingtheproposedapproach.Keywords：MulticomponentdemodulationGianfelicitransformZero-phasefilteringMechanicalfaultdiagnosis特征和诊断故障类型的一种行之有效的方法。目前，*0前言在机械故障诊断领域，常用的解调方法有：Hilbert变换解调、能量算子分离算法(Energyoperator当机械系统中的旋转机械元

8、件出现局部故障separationalgorithm，EOSA)、高通绝对值分析解调、[1-5]时，机械故障振动信号往往表现为调制形式，如滚检波滤波解调、平方解调和循环平稳解调等。但动轴承故障振动信号、齿轮箱故障振动信号