无转速计的旋转机械Vold-Kalman阶比跟踪研究

结合旋转机械升降速阶段振动信号的特点,提出了一种无转速计的旋转机械Vold-Kalman阶比跟踪方法。该方法利用能量重心法对振动信号进行频谱校正,估计瞬时频率,获得参考轴转速信号,再对振动信号进行Vold-Kalman阶比跟踪,提取阶比分量。与需要转速计的经典Vold-Kalman阶比跟踪方法相比,该方法无需鉴相装置,完全用软件方式实现,算法精度高。仿真和应用实例分析结果表明此方法能够在时域中准确地提取幅值和频率变化的阶比分量。     

柴油机加速振动信号的阶比双谱特征提取

针对发动机加速过程振动信号的非平稳性和混有大量噪声的特点,提出计算阶比跟踪和双谱相结合的方法,将振动信号按等角度间隔进行软件重采样,得到阶域内的平稳信号,再进行双谱分析,通过仿真信号验证了该方法优于传统双谱。为了充分利用阶比双谱图中的信息,提出双谱特征阶比面的概念,通过比较阶比平面内的累加能量来反映不同工况的变化。诊断实例表明,该方法能有效提取柴油机曲轴轴承的故障特征。     

基于阶次跟踪的变速箱啸叫噪声分析

运用阶次跟踪的分析方法,研究了某车型手动变速箱的二挡啸叫噪声现象。首先,在阶次跟踪的等角度间隔重采样算法中,提出用分段三次埃尔米特（Hermite）多项式代替传统的最小二乘法多项式拟合变速箱输入轴转速曲线,再分段对其积分得到变速箱输入轴转角表达式,提高了转速拟合与阶次跟踪分析的精度;然后,把短时傅里叶变换（STFT）用于阶次跟踪分析;最后开展了啸叫噪声的实车实验,结合变速箱噪声实验的主观评价经验,定量地分析和研究了变速箱的二挡啸叫现象。     

基于瞬变工况阶比跟踪的内燃机监测方法研究

提出一种瞬变工况阶比跟踪方法。对于瞬变工况信号进行数据预处理,使其满足计算阶比采样条件,通过重采样插值技术,将等时间采样信号(Δt)变为等转角信号(Δθ),然后进行阶比跟踪。对于瞬变工况下内燃机连杆故障时振动信号阶比跟踪结果表明,该方法能有效地提取故障的特征,达到内燃机状态监测目的。     

基于稳健全息阶比谱提取微弱故障特征

提出了一种稳健全息阶比谱方法,用于提取变速器变速过程的微弱故障特征。首先分析了转速波动对传统阶比方法分析精度的影响,构造了基于转速调整的改进阶比方法,对水平与垂直方向加速过程信号的改进阶比谱进行全息分析,构成稳健全息阶比谱,并与单测点改进阶比谱结果对比。试验表明,改进阶比谱能有效抑制转速波动对等角度采样的影响,提高了阶比谱分析精度,有效增强了全息阶比谱的稳健性;相对于任一方向单测点阶比谱,稳健全息阶比谱既能分析变速过程信号,又能融合多点信息,其量化参数能更准确评价诊断对象的技术状态,证明稳健全息阶比谱是一种全面、可靠提取变速过程微弱故障特征的有效方法。     

FT细化校正阶次全息谱分析方法

针对变转速下阶次全息谱分析精度不高问题,提出FT细化校正阶次全息谱分析方法。用基于三次样条插值的阶次跟踪对转子时域非平稳信号进行等角度重采样获得角域平稳信号;用FT细化校正法精确计算出各阶次幅值及相位信息,由幅值、相位信息求出阶次全息谱参数;据计算结果获得阶次全息谱图。通过仿真及转子实验台信号分析表明,该方法能精确获得阶次全息谱图,且能准确根据FT细化校正阶次全息谱图判断旋转机械转子的故障种类。     

一种基于奇异值分解技术的模型定阶方法

摘要：模态参数识别中模型阶次的确定非常重要。基于奇异值分解技术,探讨模型阶次的确定方法,提出了利用奇异值的相对变化率来确定模型的阶次。该方法利用结构的量测脉冲响应信号构造Hankel矩阵,对其进行奇异值分解后计算奇异值的相对变化率,变化率最大的地方对应着模型的阶次。通过数值算例研究了噪声因素对模型阶次确定的影响,并利用模型实验数据验证了本方法的有效性。     

阶次跟踪在齿轮磨损中的应用

研究旋转机械在变速过程中振动信号的分析方法。在利用B＆K3560多分析仪对齿轮箱加速时测得的振动信号进行时域采样的基础上,利用样条插值算法进行角域重采样得到等角度分布的采样点,并对其进行阶次跟踪分析。结果显示出阶次跟踪分析法在处理转速变化信号时的优越性：能够有效地避免传统频谱方法所无法解决的“频率模糊”现象,对齿轮箱的早期故障有一定的识别能力。该方法是对传统的频谱分析法的有力补充,具有很广阔的应用前景。     

基于插值技术谐波叠加法的风速场模拟

摘要：风荷载的数值模拟在结构设计中起着非常重要的作用。在土木工程脉动风速时程的各种数值模拟方法中,谐波叠加法最为常用。而且,通过引入FFT和不同插值技术可以在不显著地影响模拟精度的情况下,大大地缩短模拟计算所花费的时间。本文基于两次多项式、三次多项式、以及两种不同边界条件三次样条函数插值技术的谐波叠加法来模拟一幢100米高高层建筑上10个点的脉动风速时程,通过均方根误差( Root Mean Square Error, )和相对误差系数( Error factor, )两项指标来评价不同插值技术与传统谐波叠加法(未引入插值技术)相比较的插值模拟计算精度,并且记录各自所耗费的时间,综合比较模拟效率和精度以找出最为适合的一种插值技术。结果表明：基于第一种边界条件三次样条函数插值技术的谐波叠加法为最佳的模拟方法。     

弗德卡曼滤波阶比跟踪解耦新方法

摘要：弗德卡曼（Vold-Kalman）滤波阶比跟踪法是目前旋转机械阶比分析中能对阶比耦合干扰进行有效解耦操作的方法。但是传统的弗德卡曼升滤波解耦方法存在计算效率低,在无法充分获得耦合阶比瞬时频率信息时不能使用等不足。本文提出了一种基于独立分量分析技术的弗德卡曼滤波阶比跟踪解耦方法。其先将混合观察信号分解为阶比分量、耦合干扰等不同的独立信号分量,再在此基础上对分离出的阶比分量信号对应独立信号分量进行弗德卡曼滤波阶比跟踪分析,有效解决了传统解耦方法计算效率低,解耦需要干扰信号瞬时频率的不足。文中对弗德卡曼滤波阶比跟踪和独立分量分析的基本原理进行了简要介绍,在此基础上提出了本方法的实现方案。通过仿真试验和实际测试对本方法的有效性进行了评价。
     

基于三次样条插值的精细积分法

结合指数矩阵的精细算法,提出了一类基于三次样条插值的精细积分方法。针对结构动力学方程一般解中的积分项,考虑在一个时间步长内激励为线性和正余弦两种变化形式,通过对积分项中的指数矩阵进行三次样条插值函数模拟,得到一组新的被积函数,最后通过多次分部积分,构造了一类新的高精度计算格式。在三次样条插值函数构造过程中引入了指数矩阵的精细算法,有效避免了中间过程中有效数字的丢失,同时还有效解决了HPD-F算法中涉及的矩阵求逆问题,大大增加了算法的数值稳定性。数值算例显示了该方法的有效性。     

基于容量比较法的卧式罐容量表计算方法研究

在卧式罐容量计量容量比较法原理的基础上,讨论了由有限的卧式罐离散(V-H)点计算出全高度量程范围内任意点的容积值的4种计算方法。并以30m³卧式罐为对象进行了试验研究。试验结果表明:Lagrange插值方法、分段线性插值方法、三次多项式拟合方法和三次样条插值方法在中间液位区间的计算结果较为一致;三次样条插值方法计算结果与试验值偏差最小,最大偏差值23.0L,而且稳定性较好;Lagrange插值方法、分段线性插值方法和三次多项式拟合方法在低液位高度或高液位高度的偏差比中间液位区间的计算偏差大;但是在低液位高度和高液位高度区间,由于多节点时边沿振荡原因,Lagrange插值方法的计算偏差大于三次样条插值方法。     

混合插值的ESMD在电机轴承故障特征提取的应用

针对极点对称模态分解(ESMD)处理电机轴承故障信号存在局部模态混叠的问题,提出了一种基于有理Hermite插值和三次样条插值改进的ESMD电机轴承故障特征提取方法。由于首先有理Hermite插值可通过控制形状参数来调节插值曲线,将固有模态分量(IMF)的瞬时频率带宽作为的优化准则,采用有理Hermite插值与三次样条插值相结合,既避免了插值耗时过长,又考虑了插值曲线的平滑性;采用自适应权重调整的粒子群算法(PSO)确定每阶IMF的最优形状控制参数,避免陷入局部最优,使得IMF最优,从而提高ESMD自适应性和分解精度。试验结果表明,该方法可有效提取电机轴承故障特征,并有效缓解ESMD模态混叠,与其它方法相比分解效果更好。     

Cubic spline boundary elements

The boundary integral method is formulated and applied using cubic spline interpolation along the boundary for both the geometry and the primary variables. The cubic spline interpolation has continuous first and second derivatives between elements, thus allowing the accurate calculation of derivative dependent functions (on the boundary) such as velocity in potential flow. The spline functions also smooth the geometry and can represent curved sections with fewer nodes. The results of numerical experiments indicate that the accuracy of the boundary integral equation method is improved for a given number of elements by using cubic spline interpolation. It is, however, necessary to use numerical quadrature. The quadrature slows calculation and/or degrades the accuracy. The numerical experiments indicate that most problems run faster for a given accuracy using linear interpolation. There seems to be a class of problems, however, which requires higher order interpolation and/or continuous derivatives for which the cubic spline interpolation works much better than linear interpolation.     

On the comparison of bilinear, cubic spline, and fuzzy interpolation techniques for robotic position measurements

This paper describes a novel technique for position error compensations of robots based on a fuzzy error interpolation method. A traditional robot calibration implements either model or modelless methods. The compensation of position error in a model-less method is to move the robot's end-effector to a target position in the robot workspace, and to find the target position error online based on the measured neighboring four-point errors around the target position. For this purpose, a stereo camera or other measurement device can be used to measure offline the position errors of the robot's end-effector at predefined grid points. By using the proposed fuzzy error interpolation technique, the accuracy of the position error compensation can be greatly improved, which is confirmed by the simulation results given in this paper. A comparison study among various interpolation methods, such as bilinear, cubic spline, and the fuzzy error interpolation technique is also made via simulation. The simulation results show that more accurate compensation results can be achieved using the fuzzy error interpolation technique compared with its bilinear and cubic spline counterparts.     

一种加权有理三次插值函数的凸性分析

利用带导数的和仅基于函数值的分母为二次的有理三次插值样条构造了一类加权有理三次插值函数.在给定的插值数据条件下,通过调整插值函数中的参数和权系数,给出了插值曲线的保凸方法和该方法得以实现的充分必要条件,推广和改进了一些相关结论.这种条件是对参数和权系数的简单的线性的不等式约束,容易在计算机辅助几何设计中得到实际应用.     

基于插值算法和时间序列的容积表拟合方法

在实际测量罐容积表数值的基础上,使用三次样条曲线插值和指数时间序列分析的方法,样条插值生成的数值用以补全在容积表实测采样点区间内的数值,时间序列分析方法用以推算出在罐底和罐顶未测得区间的数值。在实际计量测试中,三次均匀B样条曲线插值方法模拟与实际真值最大偏差小于0.3%,时间序列分析方法测的数据提供参考价值,依次两位向前推得数据,实际偏差小于1%。     

一种基于分段幂函数插值法的经验模态分解方法及其应用研究

针对经验模态分解(EMD)方法的分解不完全问题,提出一种改进EMD算法。该算法采用分段幂函数插值法代替原EMD算法中的三次样条插值法,实验表明其分解效果更充分更完全。在此基础上,结合时间序列分析中的AR模型,提出一种基于EMD和AR模型的故障诊断方法,并将其应用到电磁换向阀的故障诊断中。实验结果表明,该方法能够正确有效地实现电磁换向阀的故障诊断。     

基于插值多尺度熵与模糊C-均值的滚动轴承故障诊断

多尺度熵是一种有效的衡量时间序列复杂性的方法。为了克服多尺度熵粗粒化过程遗漏特征信息的问题,提出了一种基于三次样条插值时间序列的插值多尺度熵算法。该方法首先通过三次样条插值时间序列代替原粗粒化过程,再计算各个尺度下的样本熵。通过分析仿真信号将提出的方法与原多尺度熵方法进行对比,结果表明了方法的有效性和优越性。在此基础上,提出一种基于插值多尺度熵与模糊C-均值的滚动轴承故障诊断方法。最后,将提出的故障诊断方法应用于滚动轴承的试验数据分析。结果表明,所提出的方法比基于MSE的故障诊断方法识别率更高。     

Errors in cubic spline interpolation

Summary This paper deals with the problem of finding error bounds for cubic spline interpolation of functions of the classC ⁴[a, b], andC ⁵[a, b], by examining a relationship between cubic spline interpolation and piecewise cubic Hermitian interpolation.The method also gives an indication of what happens, in the case of almost uniform meshes, especially if the approximated function is in the classC ⁵[a, b].Comparison is made with recent work carried out by K. E. Atkinson [3], in dealing with natural cubic spline interpolation.