旋转机械振动信号的Kalman滤波及故障诊断.pdf

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1、2014拒仪表技术与传感器2014第5期InstrumentTechniqueandSensorNo．5旋转机械振动信号的Kalman滤波及故障诊断赵锦剑，杨光永，周安然，项敏敏(1．云南民族大学电气信息工程学院。云南昆明650504；2．华南理工大学机械工程学院。广东广州510640)摘要：对于一个稳定运行的旋转机械系统，其振动响应信号可以由自回归(AR)模型来描述。在此基础上提出了一种基于Kalman滤波原理的旋转机械振动信号处理方法。利用Kalman滤波算法估计出稳定系统振动响应信号的AR模型参数，并利用此模型建

2、立Kalman滤波所需的状态空间方程，再结合Kalman递推算法构建一种新的振动信号滤波处理方法。并将此方法应用到旋转机械系统故障诊断中。研究结果表明：所用的方法能够有效地消除旋转机械振动信号中的噪声和检测出振动信号中的微弱突变信息。关键词：Kalman滤波；AR模型；振动信号；状态空间方程；突变信息；故障诊断中图分类号：TB535+．2文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)05—0080—04KalmanFilteringandFaultDiagnosisofRotatingMachinesVibra

3、tionSignalZHAOJin-jian，YANGGuang—yong‘’，ZHOUAn-ran，XIANGMin—min‘(1．ElectronicsandInformationEngineeringDepartment，YunnanNationalitiesUniversity，Kunming650504，China；2．MechanicalEngineeringCollege，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China)Abstract：Vib

4、rationresponsesignalcanbedescribedbyARmodelinastableoperationalrotatingmechanicalsystem．Onthisbasis，anewprocessingmethodforrotatingmachinesvibrationsignalbasedonKalmanfilteringtheorywasproposed．Firstly，ARmodelp~ametersofvibrationresponsesignalwereestimatedusingK

5、almanfilteringalgorithm．Then，state—spaceequationwases—tablishedbaseontheARmodel，andanewapproachoffilteringwasconstitutedcombiningwithKalmanrecursionalgorithmandthestatespacemode1．Last，themethodwasappliedinthefaultdiagnosisofrotatingmechanicalsystem．Theresearchre

6、sultsshowthatthisfilteringapproachcalefectivelyremovethenoisefromtherotatingmachinesvibrationsignalanddetectweakmutationalinfor-mationinvibrationsigna1．Keywords：Kalmanfiltering；ARmodel；vibrationsignal；state—spaceequation；mutationalinformation；Saltdiagnosis0引言AR模

7、型来描述，常用的AR模型参数估计方法有最小均方机械系统振动信号处理及故障诊断方法包括自适应滤(LMS)算法和递推最小二乘(RLS)算法。LMS算法的特点是波⋯、高阶谱分析以及独立分量分析(ICA)等。自适应滤运算简单，无需计算相关函数，但收敛速度较慢；RLS算法虽然波适用于较复杂的机械振动信号处理，它具有很强的自学习和具有较快的收敛速度，但其得到的数据自适应滤波器是对每一自跟踪能力，能够通过系统辨识来对某一未知的动态系统进行组输入数据而言的，未能体现信息的完整性J。文中提出了一逼近。高阶谱是分析非平稳信号和非高斯信号的

8、有力工具，可种基于Kalman滤波原理的旋转机械振动信号处理方法，并将以定量地描述信号中与故障密切联系的非线性相位耦合。其应用于旋转机械系统故障诊断。Yang等研究了利用双谱分析定量地描述信号中与机械故障lI~all滤波原理密切联系的二次相位耦合的方法，进而对转子故障进行诊断。Kalman滤波器是一种高效率的递归滤波器，它能够从一