Остаточный сигнал синхронного усредненного сигнала
Y = tsaresidual(X,fs,rpm,orderList)Y синхронного вектора сигнала со средним временем (TSA) X использование частоты дискретизации fs, скорость вращения rpmи порядки фильтрации orderList. Остаточный сигнал вычисляется путем удаления компонентов в orderList и их гармоники от X. Можно использовать Y для последующего извлечения индикаторов состояния вращающегося машинного оборудования для прогнозирующего обслуживания. Для примера, извлечение среднеквадратичного значения остаточного сигнала полезно при идентификации изменений с течением времени, которые указывают на потенциальные отказы машины.
___ = tsaresidual(___, позволяет вам задать дополнительные параметры, используя один или несколько аргументы пары "имя-значение". Можно использовать этот синтаксис с любым из предыдущих входных и выходных аргументов.Name,Value)
tsaresidual(___) без выходных аргументов строит графики во временной и частотной областях необработанных и остаточных сигналов TSA.
Рассмотрим ходовую часть с шестью зубчатыми колесами, приводимыми в действие двигателем, который оборудован датчиком вибрации, как показано на рисунке ниже. Шестерня 1 на валу мотора зацепляется с шестерней 2 с передаточным отношением 17:1. Конечное передаточное отношение, то есть отношение между шестернями 1 и 2 и шестернями 3 и 4, составляет 51:1. Шестерня 5, также на валу мотора, зацепляется с шестерней 6 с передаточным отношением 10:1. Двигатель вращается со скоростью 180 об/мин, и частота дискретизации датчика вибрации составляет 50 кГц. Чтобы получить сигнал, содержащий только компоненты зацепления для передач 5 и 6, отфильтровывайте компоненты сигнала из-за передач 1 и 2 и, 3 и 4 путем определения их передаточных чисел 17 и 51 в orderList. Компоненты сигнала, соответствующие повороту 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 бы использовали измеренные данные, такие как сигналы вибрации, полученные с акселерометра. В данном примере сгенерируйте сигнал TSA X, который является моделируемыми данными от датчика вибрации, установленного 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 невязку сигнала TSA, используя шаг расчета, об/мин и порядки mesh, которая будет отфильтрована.
Y = tsaresidual(X,t,rpm,orderList);
Область выхода Y вектор, содержащий сигнал mesh и гармоники для передач 5 и 6.
Визуализируйте остаточный сигнал, необработанный сигнал TSA и их амплитудный спектр на графике.
tsaresidual(X,fs,rpm,orderList)
На графике амплитудного спектра наблюдайте следующие компоненты:
Отфильтрованный компонент 17-го порядка и его гармоника 34-го порядка
Второй отфильтрованный компонент в 51-м порядке и его гармоника в 102-м порядке
Остаточные компоненты сетки для передач 5 и 6 10-го порядка
Отфильтрованный компонент вала в 1-м и 2-м порядках
Амплитуды на графике спектра совпадают с амплитудами отдельных сигналов
В этом примере sineWavePhaseMod.mat содержит данные фазовой модулированной синусоиды. XT является расписанием с данными о синусоиде и rpm используется 60 об/мин. Синусоида имеет частоту 32 Гц, и для фильтрации немодулированной синусоиды 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, что значения времени в XT строго увеличиваются, равноудалены и конечны.
Вычислите остаточный сигнал и его амплитудный спектр. Установите значение 'Domain' на 'frequency' поскольку порядки указаны в Гц.
[Y,S] = tsaresidual(XT,rpm,orders,'Domain','frequency')
Y=1024×1 timetable
Time Data
______________ _________
0 sec 2.552e-15
0.00097656 sec 0.051822
0.0019531 sec 0.10116
0.0029297 sec 0.14566
0.0039062 sec 0.18317
0.0048828 sec 0.21188
0.0058594 sec 0.23039
0.0068359 sec 0.23776
0.0078125 sec 0.2336
0.0087891 sec 0.21803
0.0097656 sec 0.19174
0.010742 sec 0.1559
0.011719 sec 0.11215
0.012695 sec 0.062503
0.013672 sec 0.0092782
0.014648 sec -0.045032
⋮
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
⋮
Область выхода Y является расписанием, которое содержит остаточный сигнал, то есть сигнал фазовой модуляции, в то время как S является вектором, который содержит амплитудный спектр остаточного сигнала Y.
В этом примере sineWaveAmpMod.mat содержит данные амплитудно-модулированной синусоиды. X является вектором с данными амплитудно-модулированной синусоиды, полученными при скорости вала 60 об/мин. Немодулированная синусоида имеет частоту 32 Гц и амплитуду 1,0 модуль
Загрузите данные и постройте график остаточного сигнала сигнала TSA с амплитудной модуляцией X. Чтобы получить остаточный сигнал, отфильтровайте немодулированную синусоиду, задав частоту 32 Гц в orderList. Установите значение 'Domain' на 'frequency'.
load('sineWaveAmpMod.mat','X','t','rpm','orderList') tsaresidual(X,t,rpm,orderList,'Domain','frequency');
На графике наблюдайте форму волны и амплитудный спектр остаточных и необработанных сигналов, соответственно.
Residual Signal
Остаточный сигнал вычисляется из сигнала TSA путем удаления из спектра сигнала следующего:
Частота вала и его гармоники
Частоты зацепления передач и их гармоники
Частоты удаляются путем вычисления дискретного преобразования Фурье (DFT) и установки значений спектра в нуль на заданных частотах. tsaresidual использует полосу пропускания, равную скорости вала вокруг интересующих частот, чтобы отфильтровать нежелательные частотные составляющие, как упомянуто в [4].
Amplitude Spectrum
Амплитудный спектр остаточного сигнала вычисляется следующим образом,
Здесь, Y - остаточный сигнал.
[1] McFadden, P.D. «Examination of a Technique for Early Detection of Failure in Gears by Signal Processing of the Временной Интервал Average of the Meshing Vibration». Технический меморандум Aero Propulsion 434. Мельбурн, Австралия: Aeronautical Research Laboratories, Apr. 1986.
[2] Вечер, П., Марсель Крейдль, и Р. Шмид. «Индикаторы состояния систем мониторинга коробки передач». Acta Polytechnica 45.6 (2005), страницы 35-43.
[3] Zakrajsek, J. J., Townsend, D. P., and Decker, H. J. «A Analysis of Gear Fault Detection Methets as Appliced to Pitting Fatigue Отказа Данных». Технический меморандум 105950. НАСА, апр. 1993.
[4] Zakrajsek, James J. «Исследование методов предсказания отказа mesh». National Aeronautics and Space Administration Cleveland OH Lewis Research Center, 1989. Нет. NASA-E-5049.