tsadifference

Сигнал различия синхронного во времени усредненного сигнала

Описание

пример

Y = tsadifference(X,fs,rpm,orderList) вычисляет сигнал различия Y из сигнального вектора синхронного во времени усредненного (TSA) X использование частоты дискретизации fs, скорость вращения rpm, и порядки быть отфильтрованным orderListY вычисляется путем удаления регулярного сигнала, значения 'NumSidebands', и их соответствующие гармоники от X. Для получения дополнительной информации о регулярном сигнале смотрите tsaregular.

Можно использовать Y далее извлекать индикаторы состояния вращающегося машинного оборудования для прогнозирующего обслуживания. Например, извлекая индикатор FM4 из Y полезно, чтобы обнаружить отказы, изолированные только к ограниченному количеству зубов в mesh механизма.

пример

Y = tsadifference(X,t,rpm,orderList) вычисляет сигнал различия Y из сигнального вектора TSA X с соответствующими временными стоимостями от t.

пример

Y = tsadifference(XT,rpm,orderList) вычисляет сигнал различия Y из сигнала TSA, сохраненного в расписании XTxt должен содержать одну числовую переменную столбца.

пример

[Y,S] = tsadifference(___) возвращает амплитудный спектр S из различия сигнализируют о YS вычисленное использование амплитудного спектра нормированного быстрого преобразования Фурье (FFT) Y.

пример

___ = tsadifference(___) позволяет вам задавать дополнительные параметры с помощью одного или нескольких аргументов пары "имя-значение". Можно использовать этот синтаксис с любым из предыдущих аргументов ввода и вывода.

пример

tsadifference(___) без выходных аргументов строит временной интервал и графики частотного диапазона сырых данных и сигналов TSA различия.

Примеры

свернуть все

Считайте ходовую часть с шестью механизмами управляемой двигателем, который оснащен датчиком вибрации, как изображено на рисунке ниже. Механизм 1 на вале двигателя сцепляется с механизмом 2 с передаточным отношением 17:1. Итоговое передаточное отношение, то есть, отношение между механизмами 1 и 2 и механизмами 3 и 4, 51:1. Механизм 5, также на вале двигателя, сцепляется с механизмом 6 с передаточным отношением 10:1. Двигатель вращается на уровне 180 об/мин, и частота дискретизации датчика вибрации составляет 50 кГц. Чтобы получить сигнал, содержащий только запутывающие компоненты для механизмов 5 и 6, отфильтруйте компоненты вращения вала, механизмы 1 и 2 и, 3 и 4 путем определения их передаточных отношений 17 и 51 в orderList. Компоненты сигнала, соответствующие вращению вала (порядок = 1), всегда неявно включаются в расчет.

rpm = 180;                                          
fs = 50e3;                                          
t = (0:1/fs:(1/3)-1/fs)';                           % sample times
orderList = [17 51];                                
f = rpm/60*[1 orderList 10];

На практике вы использовали бы результаты измерений, такие как сигналы вибрации, полученные из акселерометра. В данном примере сгенерируйте сигнал TSA X, который является симулированными данными из датчика вибрации, смонтированного на двигателе.

X = sin(2*pi*f(1)*t) + sin(2*pi*2*f(1)*t) + ...     % motor shaft rotation and harmonic
    3*sin(2*pi*f(2)*t) + 3*sin(2*pi*2*f(2)*t) + ... % gear mesh vibration and harmonic for gears 1 and 2
    4*sin(2*pi*f(3)*t) + 4*sin(2*pi*2*f(3)*t) + ... % gear mesh vibration and harmonic for gears 3 and 4
    2*sin(2*pi*10*f(1)*t);                          % gear mesh vibration for gears 5 and 6

Вычислите сигнал различия сигнала TSA использование шага расчета, об/мин и порядков mesh, которые будут отфильтрованы.

Y = tsadifference(X,t,rpm,orderList);

Выход Y вектор, содержащий сигнал mesh механизма и гармоники для механизмов 5 и 6.

Визуализируйте сигнал различия, необработанный сигнал TSA и их амплитудный спектр на графике.

tsadifference(X,fs,rpm,orderList)

Figure contains 2 axes. Axes 1 with title Difference Signal contains 2 objects of type line. These objects represent Raw Signal, Difference Signal. Axes 2 with title Order Amplitude Spectrum contains 2 objects of type stem. These objects represent Raw Signal, Difference Signal.

Из амплитудного графика спектра наблюдайте следующие компоненты:

  • Отфильтрованный компонент в 17-м порядке и его гармоника в 34-м порядке

  • Второй отфильтрованный компонент в 51-м порядке и его гармоника в 102-м порядке

  • Остаточные компоненты mesh для механизмов 5 и 6 в 10-м порядке

  • Отфильтрованный компонент вала в 1-х и 2-х порядках

  • Амплитуды на графике спектра совпадают с амплитудами отдельных сигналов

В этом примере, sineWavePhaseMod.mat содержит данные модулируемой синусоиды фазы. XT расписание с данными о синусоиде и rpm используемый 60 об/мин. Синусоида имеет частоту 32 Гц. Чтобы отфильтровать немодулируемую синусоиду и боковые полосы сигнала модуляции фазы, используйте 32 в качестве orderList.

Загрузите данные и необходимые переменные.

load('sineWavePhaseMod.mat','XT','rpm','orders')
head(XT,4)
ans=4×1 timetable
         Time          Data  
    ______________    _______

    0 sec                   0
    0.00097656 sec     0.2011
    0.0019531 sec     0.39399
    0.0029297 sec     0.57078

Обратите внимание на то, что временные стоимости в XT строго увеличиваются, равноотстоящий, и конечный.

Вычислите сигнал различия и его амплитудный спектр. Установите значение 'Domain' к 'frequency' поскольку порядки находятся в Гц.

[Y,S] = tsadifference(XT,rpm,orders,'Domain','frequency')
Y=1024×1 timetable
         Time            Data   
    ______________    __________

    0 sec             2.2849e-15
    0.00097656 sec      0.046525
    0.0019531 sec       0.091185
    0.0029297 sec        0.13219
    0.0039062 sec         0.1679
    0.0048828 sec        0.19688
    0.0058594 sec        0.21799
    0.0068359 sec        0.23039
    0.0078125 sec         0.2336
    0.0087891 sec        0.22751
    0.0097656 sec        0.21239
    0.010742 sec         0.18888
    0.011719 sec         0.15793
    0.012695 sec         0.12081
    0.013672 sec        0.079041
    0.014648 sec        0.034303
      ⋮

S = 1024×1 complex

  -0.0000 + 0.0000i
   0.0000 + 0.0000i
   0.0000 + 0.0000i
   0.0000 + 0.0000i
   0.0000 + 0.0000i
  -0.0000 - 0.0000i
  -0.0000 + 0.0000i
   0.0000 + 0.0000i
  -0.0000 - 0.0000i
   0.0000 + 0.0000i
      ⋮

Выход Y расписание, которое содержит сигнал различия, в то время как S вектор, который содержит амплитудный спектр сигнала различия Y.

В этом примере, sineWaveRectangularPulse.mat содержит данные синусоиды, модулируемой меандром. X вектор с модулируемыми данными о синусоиде, полученными на скорости вала 60 об/мин. Немодулируемая синусоида имеет частоту 32 Гц и амплитуду 1,0 модулей.

Загрузите данные и постройте сигнал различия модулируемого сигнала TSA X. Чтобы получить сигнал различия, отфильтруйте немодулируемую синусоиду и боковые полосы сигнала модуляции путем определения частоты 32 Гц в orderList. Установите значение 'Domain' к 'frequency'.

load('sineWaveRectangularPulse.mat','X','t','rpm','orderList')
tsadifference(X,t,rpm,orderList,'Domain','frequency');

Figure contains 2 axes. Axes 1 with title Difference Signal contains 2 objects of type line. These objects represent Raw Signal, Difference Signal. Axes 2 with title Amplitude Spectrum contains 2 objects of type stem. These objects represent Raw Signal, Difference Signal.

Из графика наблюдайте форму волны и амплитудный спектр различия и необработанных сигналов, соответственно. Заметьте, что сигнал различия содержит все кроме:

  • Немодулируемая синусоида на уровне 32 Гц

  • Боковые полосы первого порядка немодулируемой синусоиды на уровне 31 Гц и 33 Гц, соответственно

Входные параметры

свернуть все

Сигнал синхронного во времени усредненного (TSA) в виде вектора. Синхронный во времени усредненный сигнал вычисляется от длинного и относительно периодического необработанного сигнала до синхронизации, передискретизации и усреднения. Для получения дополнительной информации о сигналах TSA смотрите tsa.

Синхронное во времени усреднение является удобным методом сокращения фонового шума спектра комплексных сигналов. Это эффективно при концентрации полезной информации, которая может быть извлечена из сигнала временной области для прогнозирующего обслуживания. Синхронизация обычно требует сигнала импульса тахометра в дополнение к необработанным данным о датчике. Сигнал TSA изображает измерения в равномерно распределенных угловых положениях по одному обороту вала интереса.

Сигнал времени, синхронного усредненного (TSA) в виде расписания. XT должен содержать одно числовое соответствие переменной столбца сигналу TSA. Временные стоимости в XT должен строго увеличиваться, равноотстоящий, и конечный.

Частота дискретизации TSA сигнализирует в Герц в виде положительной скалярной величины.

Шаги расчета TSA сигнализируют в виде положительной скалярной величины или вектора из положительных значений.

Если t :

  • Положительная скалярная величина, это содержит временной интервал или длительность между выборками. Необходимо задать t как duration переменная.

  • Вектор из положительных значений, это содержит шаги расчета, соответствующие элементам в X. Временные стоимости должны строго увеличиваться, равноотстоящий, и конечный. Можно задать t как double или duration переменная.

Скорость вращения вала в виде положительной скалярной величины. tsadifference использует пропускную способность, равную скорости вала и значению 'NumSidebands'вокруг частот интереса вычислить Y от сигнала TSA. Задайте rpm в оборотах в минуту. Компоненты сигнала, соответствующие этой частоте, то есть, order = 1 всегда отфильтровываются.

Порядки, которые будут отфильтрованы из TSA, сигнализируют в виде вектора из положительных целых чисел. Выберите порядки и гармоники, которые будут отфильтрованы из сигнала TSA путем наблюдения их на амплитудном графике спектра. Например, задайте orderList когда известная mesh заказывает в зубчатой передаче, чтобы отфильтровать известные компоненты и их гармоники. Для получения дополнительной информации смотрите, Визуализируют Сигнал Различия и Амплитудный Спектр Сигнала TSA. Задайте модули orderList путем выбора соответствующего значения для 'Domain'.

Аргументы в виде пар имя-значение

Задайте дополнительные разделенные запятой пары Name,Value аргументы. Name имя аргумента и Value соответствующее значение. Name должен появиться в кавычках. Вы можете задать несколько аргументов в виде пар имен и значений в любом порядке, например: Name1, Value1, ..., NameN, ValueN.

Пример: ...,'NumSidebands',2

Количество вала и механизма, поймавшего в сети гармоники частоты, которые будут отфильтрованы в виде разделенной запятой пары, состоящей из 'NumHarmonics'и положительное целое число. Измените 'NumHarmonics'если ваш сигнал TSA содержит больше чем две известных гармоники компонентов, которые будут отфильтрованы.

Количество боковых полос, которые будут отфильтрованы от orderList частоты и их гармоники в виде разделенной запятой пары, состоящей из 'NumSidebands'и неотрицательное целое число. Ширина боковых полос определяется с помощью 2*(rpm/60)*(NumSidebands+0.5). Измените 'NumSidebands'на основе количества боковых полос, которые будут отфильтрованы от X как наблюдается в амплитудном графике спектра.

Количество вращений вала в TSA сигнализирует в виде разделенной запятой пары, состоящей из 'NumRotations'и положительное целое число. Измените 'NumRotations'если ваш вход X или XT содержит данные больше чем для одного вращения вала механизма драйвера. Функция использует 'NumRotations'чтобы определить количество вращений, которые покажут на оси X графика. Фильтрация приводит к Y не затронуты этим значением.

Модули orderList значения в виде разделенной запятой пары, состоящей из 'Domain'и одно из следующего:

  • 'frequency', если порядки в orderList заданы как частоты в модулях Герц.

  • 'order', если порядки в orderList заданы как количество вращений относительно значения rpm. Например, если скорость вращения управляемого механизма задана как фактор об/мин механизма драйвера, задайте 'Domain'как 'order'. Кроме того, выберите 'order' если вы выдерживаете сравнение, данные получили из машин, действующих на различных скоростях.

Выходные аргументы

свернуть все

Сигнал различия сигнала TSA, возвращенного как:

  • Вектор, когда сигнал TSA задан как векторный X.

  • Расписание, когда сигнал TSA задан как расписание XT.

Сигнал различия вычисляется путем удаления регулярного сигнала, боковых полос первого порядка, значения 'NumSidebands', и их соответствующие гармоники от X. Можно использовать Y далее извлекать индикаторы состояния вращающегося машинного оборудования для прогнозирующего обслуживания. Например, извлекая индикатор FM4 из Y полезно, чтобы обнаружить отказы, изолированные только к ограниченному количеству зубов в mesh механизма. Для получения дополнительной информации о как Y вычисляется, см. Алгоритмы.

Для получения дополнительной информации о регулярном сигнале смотрите tsaregular.

Амплитудный спектр сигнала различия, возвращенного как вектор. S нормированное быстрое преобразование Фурье Y сигналаS та же длина, как вход TSA сигнализирует о X. Для получения дополнительной информации о как S вычисляется, см. Алгоритмы.

Алгоритмы

Difference Signal

Сигнал различия вычисляется из сигнала TSA путем фильтрации следования из спектра сигнала:

  • Частота вала и ее гармоники

  • Частоты сцеплений механизма и их гармоники

  • Боковые полосы первого порядка на частотах сцеплений механизма и их гармониках

  • Опционально, боковые полосы заданы в 'NumSidebands'на частотах сцеплений механизма и их гармониках

tsadifference использует пропускную способность, равную три раза скорости вала и значению 'NumSidebands', вокруг частот интереса, чтобы вычислить Y от сигнала TSA.

Amplitude Spectrum

Амплитудный спектр сигнала различия вычисляется можно следующим образом,

S = fft(Y)длина(Y)*2

Здесь, Y сигнал различия.

Ссылки

[1] Макфадден, P.D. "Исследование Метода для Раннего Обнаружения Отказа в Механизмах Обработкой сигналов Среднего значения области Времени Запутывающей Вибрации". Аэро Движение Технический Меморандум 434. Мельбурн, Австралия: Аэронавигационные Научно-исследовательские лаборатории, апрель 1986.

[2] Večeř, P., Марсель Крейдл и R. Šmíd. "Индикаторы состояния для Систем мониторинга Коробки передач". Протоколы Polytechnica 45.6 (2005), страницы 35-43.

[3] Zakrajsek, J. J. Таунсенд, D. P. и палубное судно, H. J. "Анализ методов обнаружения отказа механизма в применении к делающим ямки данным об отказе усталости". Технический меморандум 105950. НАСА, апрель 1993.

[4] Zakrajsek, Джеймс Дж. "Расследование механизма поймал в сети методы предсказания отказа". OH Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства Кливленд Научно-исследовательский центр Льюиса, 1989. № NASA-E-5049.

Смотрите также

|

Введенный в R2018b
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте