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主轴振动信号调理技术优化方案

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:图2.3数字滤波器选择步骤小波去除噪声完成后,需要针对振动信号波形展开调理操作,信号的调理是在对其进行分析之前必须准备的一项环节,振动信号的调理过程方法较多,调理过程相对比较烦琐和复杂。振动信号波形展开调理的主要目的是减少上一节中小波噪声未能够完全消除的噪声和高频率真振动谐波信号对于采集信号的干扰。对于振动信号调理方法一般有信号滤波、小信号放大、加窗等方法。

主轴振动信号调理技术优化方案

数字滤波将处理一种输入信号序列的过程,该过程是通过某一种特定的算法展开,最终会获得符合期望的某一种输出序列。对于有限冲激响应滤波器和无限冲激响应滤波器两种类型的滤波器,都包含低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器这四种滤波器。对有限冲激响应滤波器和无限冲激响应滤波器划分主要根据的是系统函数对单位样值响应是否为无限长。可以用N阶差分方程表示离散系统:

式中:x(z)——输入序列;

 y(z)——输出序列;

 k,r——常数;

 ar,bk——输入系数和输出系数。

其系统函数为:

式中:H(z)——系统传输函数;

 X(z)——傅里叶变换后的输入;

 Y(z)——傅里叶变换后的输出;

 M,N——输入与输出的最大除数;

 k,r——常数;(www.zuozong.com)

 n,z——随机变量

 ar,bk——输入系统和输出系统。

(1)FIR数字滤波器

FIR数字滤波器的系统只是存在零点,冲激响应一小段时间内会瞬间变为为零,输出值与当前值和当前值有关的之前的输入值有关系,所以对于FIR数字滤波器的系统而言,该系统和ⅡR系统不同,获得FIR数字滤波器的系统是稳定的。获得FIR字滤波器具有线性相移的优点,同时具有多通带、多阻带。由于FIR数字滤波器的幅频响应中存在纹波,所以在设计时候既要满足频率响应还要合理分配纹波。

(2)ⅡR数字滤波器

对于ⅡR数字滤波器,在理论上冲激响应时间为无穷,永远持续下去。输出既取决于当前值和以前的输入值,还取决于之前的输出值大小。ⅡR数字滤波器能够减少对于存储的需求,幅频特性平坦,递归性良好,但存在相位响应非线性现象。ⅡR数字滤波器设计根植于模拟滤波器,如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆、贝塞尔等滤波器等经典模拟滤波器设计方法利用最佳逼近法。

(3)数字滤波器选择

在实际工程应用中,常用的滤波器有巴特沃斯、切比雪夫、反切比雪夫、椭圆、贝塞尔数字滤波器。要在低通、高通、带通、带阻四个滤波器当中选择一个类型。理想情况是,数字滤波器有单位增益的带通,完全不能通过的带阻,并且从带通到带阻的过滤带宽为零。实际情况下,特别是带通到带阻,总会有一个过渡的过程,在某些情况下,需要明确过渡带宽。确定选择哪一种数字滤波器,是FIR数字滤波器还是ⅡR型滤波器,由于两者在设计时完全不同。在选择数字滤波器的时候,需要考虑实际应用过程需求,如是否需要线性的相频响应,是否允许存在纹波,是否需要窄过渡带等因素。图2.3显示选择一个滤波器的大致步骤,实际过程中,需要多次实验才能够确定出最合适类型的滤波器。

图2.3 数字滤波器选择步骤

小波去除噪声完成后,需要针对振动信号波形展开调理操作,信号的调理是在对其进行分析之前必须准备的一项环节,振动信号的调理过程方法较多,调理过程相对比较烦琐和复杂。振动信号波形展开调理的主要目的是减少上一节中小波噪声未能够完全消除的噪声和高频率真振动谐波信号对于采集信号的干扰。基于LabVIEW中提供的滤波器展开振动信号波形调理操作,目的在于提高振动信号的信噪比,因此,信号调理过程的优良程度,直接决定着后面对于振动信号分析结果的好坏。对于振动信号调理方法一般有信号滤波、小信号放大、加窗等方法。Lab⁃VIEW中提供的滤波器函数有很多,包括EXPRESSⅥ的滤波器、波形调理Ⅵ滤波器、函数选板中的滤波器Ⅵ三部分,本书重点介绍介绍函数选板中的滤波器Ⅵ。

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