机械工程测试与控制技术项目设计

《机械工程测试与控制技术项目设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、机械工程测试与控制技术项目设计02011227指导教师课程：机械工程测试与控制技术Ⅱ时间：2014年6月14日摘要：本项目设计围绕课程讲授的动态信号的采集、分析与处理的基本原理与方法进行，包括以下三个部分内容：1、信号仿真、采集与分析处理；2、基于计算机的声信号采集与分析；3、机械运行数据分析与处理。运用信号的分析与处理等测试技术相关知识，借助Matlab软件，利用傅里叶变换等手段，对采集信号进行数学处理并做时域和频域分析，了解不同信号的特征，进而分析不同人的声音信号以及转子实验台运行的震动原因等。关键词：动态信号分析；频谱分析；傅里叶变换；Matlab信号仿真、采集与分析处

2、理1.1设计要求信号采集过程中一般需要考虑以下几个参数：信号频率、采样频率、采样长度等，不同参数的选择对于信号采集的效果会产生直接影响，为了掌握信号采集过程中这些参数对采集过程及其效果产生的影响，可以通过Matlab或C语言对信号采集与分析处理的过程进行仿真分析，具体要求如下：利用Matlab或C语言产生信号，其中：频率需要考虑低、中、高，典型的如：f1=30Hz、f2=400Hz、f3=2000Hz。每位同学可按照此思路自己取值，与他人不同；n(t)为白噪声，均值为零，方差为0.7；频率、幅值、相位任意设定。要求每人不相同；对上述等式进行DFFT处理。1.2问题分析与处理取

3、：a1=a2=a3=2，f1=50Hz，f1=500Hz，f1=2000Hz，1）通过设置不同的采样频率，画出时域波形和傅里叶变换后的幅频谱图，用数据分析验证采样定理。讨论在采样点数一定（2的整数次方）的情况下，如1024点、2048点、4096点，采样频率对信号时域复现、频域分析的影响。采样点数均为1024点时（N=1024），设置不同的采样频率fs，fs分别取1000Hz、2000Hz、6000Hz、50000Hz时，通过Matlab进行FFT分析，Matlab主要程序段见附录1，画出时域波形和傅里叶变换后的幅频谱图如下图1.2.1~1.2.4所示：图1.2.1N=102

4、4，fs=1000Hz图1.2.2N=1024，fs=2000Hz图1.2.3N=1024，fs=6000Hz图1.2.4N=1024，fs=50000Hz分析图1.2.1~1.2.4的时域波形和幅频谱图，可看出：①当fs=1000Hz和2000Hz时，只有一个和两个峰值，频谱不完整；当fs=6000Hz和50000Hz时，有三个峰值，频谱完整。验证了采样定理：采样频率fs必须大于信号最高频率的两倍。②由时域波形得，随着采样频率的升高，图形的时域波形的分辨率越来越高，逐渐接近各谐波分量的幅值，信号丢失越少，时域复现程度越好。由幅频谱图得，随着采样频率的升高，谱线逐渐接近各谐波

5、分量的幅值，即频率较高时，频谱显示的比较准确，谱线能量泄露小，频域分析越准确。2）采样频率、采样长度（采样点数）与频率分辨率的关系。取采样频率fs均为6000Hz，设置不同的采样点数，采样点数分别为1024、2048、4096时，通过Matlab画出时域波形和傅里叶变换后的幅频谱图如下图1.2.5~1.2.7所示：图1.2.5N=1024，fs=50000Hz图1.2.6N=2048，fs=6000Hz图1.2.7N=4096，fs=6000Hz①由上图1.2.1~1.2.4，可看出，当采样频率越高时，频域分析效果越好，频率分辨率越高。②由上图1.2.5~1.2.7，可看出，

6、当采样频率不变，采样点数分别为1024、2048、4096时，各个谱线的值越来越接近各谐波分量的幅值，可见频率一定时，采样点数越多，谱线能量泄露小，频率分辨率越高。3）通过设置不同幅值的信号与噪声，讨论噪声对信号时域分析和频域分析的影响；取采样频率fs=6000Hz，采样点数N=2048不变，设置不同方差的白噪声，噪声方差分别为：7、17、50时，通过Matlab画出时域波形和傅里叶变换后的幅频谱图如下图1.2.8~1.2.10所示：图1.2.8N=2048，fs=6000Hz，方差=7图1.2.9N=2048，fs=6000Hz，方差=17图1.2.10N=2048，fs=

7、6000Hz，方差=50①分析图1.2.8~1.2.10各图的幅频谱图，可看出：随着噪声方差的增大，即噪声的幅值越大，信号的幅频谱线越不明显，当噪声信号的幅值远远大于信号的幅值时，噪声会淹没信号，频域分析时，根本无法得到信号的谱。而且，噪声的幅值越大，时域越是混乱越难分析，看不出周期性。4）考虑矩形窗和汉宁窗对频谱的影响。取采样频率fs=6000Hz，采样长度N=2048，用宽度均为1000的矩形窗和汉宁窗分别对信号进行截断，进行FFT分析，其主要程序段见附录2，通过Matlab画出时域波形和傅里叶变换