机械信号分析谷立臣第5章信号分析的工程应用PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
图5—13 车床变速箱噪音分布规律
11
2. 利用信号幅值分布规律研究产品的性能 图5—14所示,冲击式压路机采用多边形凸轮形状的碾轮,在牵引下,其凸 起的棱角抬起与落下对地面产生一个势能和动能联合冲击压实力,同时 由于多边碾轮的蓄能器作用,加大了对地面的冲击,碾轮每碾一周,对地 面冲击三次,在牵引车的连续牵引下,完成对路面的压实任务.
振幅概率分布,是随机信号中
最基本又很重要的分析内容,它描
述了信号瞬时值的概率,在随机信
号分子中得到广泛应用.图5—7(b)
是根据图5—7(a)所示的时间历程
分析出的各振幅出现的频率的结
果.图5—7(a)是相应的累计概率
分布图.
图5—7 振幅概率密度分布图
7
例5.1 受随机力作用杠杆中的应力.图5—8所示的腭式碎石机, 腭板DE在轧碎石块时,石块对腭板作用着随机力(即作用力的大小和位 置是随机的),因此D,E铰的反力,DE杆上各点的应力和挠度都是随机的, 只有知道其应力的概率密度函数,才能计算应力概率统计的特征(均值, 方差等),从而进行可靠性设计.
并代入上式得：
2 x 2 1 R x(x 2) 2 1 R R x x( (0 ) ) 2 1 x 2
, R x() R x(0 )
x 称为自相关函数，由上式可以看出：R x ( ) 越大，相对误差能量
2
2 x
越小，说明 x
(t)
在某时移时与x(t ) 的波形越相似，因此可
理，使下式误差的能量x最( t )小：x(t )
2T 10ຫໍສະໝຸດ Baidux(t)x(t)2dt
T 10Tx2(t)2x(t)x(t)2x2(t)dt
x22Rx()2x2
17
为使 2
最小，令 d 2 0
d
，解出
R x ( )
2 x
2 x22Rx2(x2)Rx2(x2)
2 x
R
2 x
(
2 x
)
相对误差能量：
3
5.1.1信号的幅值特征参数
在通用机械中,机械设备的载荷变化大多属于低频性质,低频信号对机 件损伤取决于载荷幅值大小及出现的次数,而与载荷幅值变化的速率无关. 因此必须对信号的幅值特征参数进行研究.
信号的幅值特征参数： 1.载荷信号的峰值和谷值 2.载荷信号幅值的平均值, 方差和标准差
图5—1 最大值与平均值
信号分析与处理
THE ANALYSIS AND PROCESS OF MECHANIC TEST SIGNAL
第五章 信号分析的工程应用
讲授： 谷立臣
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
2
本章主要内容
❖ 5.1 信号幅值域分析及工程应用 ❖ 5.2 相关分析及应用 ❖ 5.3 频谱分析及应用 ❖ 5.4 双信号分析及应用 ❖ 5.5 倒频谱分析及应用
2 x y
1Rxxy()y 2
1
Rxy()
2
Rx(0)Ry(0)
1x2y
xy
Rxy() 1
Rx(0)Ry(0)
R x y () T 10 T x (t)y (t)d t T 10 T y (t)x (t)d t
4
5.1.2信号幅值的分布特性
概率密度和概率分布函数
x
F(x) p(xd)x
(a) 输入信号
(b) 信号幅值的概率密度函数
(c) 信号幅值的概率分布函数
5
五个简型函数的概率密度函数图
6
5.1.3 幅值域分析的工程应用 1.利用振幅概率密度和累积该分布图进行产品质量控制,研究材料
的强度和控制设备的工作稳定性
第4章已在统计的意义上得出：
并指出：
Rx()T li m T 10Tx(t)x(t)dt
R x ( ) 描述信号 x ( t ) 与其自身延迟 x(t )的线性相关程度；
R x y ( ) 描述信号 x ( t ) 与另一信号 y(t ) 延迟的线性相关程度；
如何定量地衡量 与
之间的相似程度，利用条件极值原
图5—8 腭式碎石机
8
例5.2 精密仪器或易碎品的包装隔振.图5—9所示精密仪器,在 用车辆运输时需要进行包装隔振,以减轻冲击和振动的影响.
图5—9 精密仪器的运输
9
例5.3 受随机载荷作用的梨杆设计.图5—10所示为拖拉机牵引 的梨耙.图5—11为简化以后的梨杆：
图5—10
图5—11
10
2. 利用信号幅值分布规律在机械故障诊断中的应用. 分布规律可以直接用于机械故障诊断.图5—13(a)与(b)是车床变速 箱的噪音概率分布曲线.新旧两只变速箱的分布规律有着明显的差异.
1.被压实路面 2.碾轮总成 3.摆架总成 4.轮轴总成 5.机架总成 6.缓冲弹簧 7.拉压力传感器 8.履带式牵引机
图5—14 冲击式压路机牵引性能实验原理图
12
图5—15(a)牵引力随速度变化曲线 图5—15(b)牵引力幅值概率分布规律
图5—15 牵引力幅值分布规律
13
表5—1 概率密度分布信号特征及机械故障的关系
14
续表
15
5.2 相关分析及应用
5.2.1 相关函数的物理意义 相关函数可以描述两个信号之间的关系或其相似程度;也可以描述 同一信号的现在值与过去值的关系;或者根据过去值,现在值来估计未来 值.图5—16表示了x(t)与y(t)的三组波形的相关程度分析
图5—16 波形的相关程度分析
16
从直观上很难发现x ( t ) 与y ( t ) 之间的相似程度，但也不能说它们之间毫无 关系，如何定量地测量信号之间的相关（或相似）程度？
以用R x ( ) 或 x 作为信号 x ( t ) 自身在时移中的相关性度量。
连续自相关函数定义：R x () T 10 T x (t)x (t)d t T 10 T x (t)x (t)d t
离散自相关函数定义：
N1
Rx(n) x(k)x(nk)
18
k0
实际应用中，定量的描述两个信号之间的相似性更为重要。两
个信号之间可能产生时差 ,为了表示信号x ( t ) 在某时刻 t 的波形
与信号y ( t ) 在未来某时刻 (t ) 的波形的相似程度，就需要研究
两个信号在时移中的相关性：
Rxy()T li m T 10 Tx(t)y(t)dt
R xy ( ) 称为互相关函数，用求自相关系数的方法，同样可以求出：
11
2. 利用信号幅值分布规律研究产品的性能 图5—14所示,冲击式压路机采用多边形凸轮形状的碾轮,在牵引下,其凸 起的棱角抬起与落下对地面产生一个势能和动能联合冲击压实力,同时 由于多边碾轮的蓄能器作用,加大了对地面的冲击,碾轮每碾一周,对地 面冲击三次,在牵引车的连续牵引下,完成对路面的压实任务.
振幅概率分布,是随机信号中
最基本又很重要的分析内容,它描
述了信号瞬时值的概率,在随机信
号分子中得到广泛应用.图5—7(b)
是根据图5—7(a)所示的时间历程
分析出的各振幅出现的频率的结
果.图5—7(a)是相应的累计概率
分布图.
图5—7 振幅概率密度分布图
7
例5.1 受随机力作用杠杆中的应力.图5—8所示的腭式碎石机, 腭板DE在轧碎石块时,石块对腭板作用着随机力(即作用力的大小和位 置是随机的),因此D,E铰的反力,DE杆上各点的应力和挠度都是随机的, 只有知道其应力的概率密度函数,才能计算应力概率统计的特征(均值, 方差等),从而进行可靠性设计.
并代入上式得：
2 x 2 1 R x(x 2) 2 1 R R x x( (0 ) ) 2 1 x 2
, R x() R x(0 )
x 称为自相关函数，由上式可以看出：R x ( ) 越大，相对误差能量
2
2 x
越小，说明 x
(t)
在某时移时与x(t ) 的波形越相似，因此可
理，使下式误差的能量x最( t )小：x(t )
2T 10ຫໍສະໝຸດ Baidux(t)x(t)2dt
T 10Tx2(t)2x(t)x(t)2x2(t)dt
x22Rx()2x2
17
为使 2
最小，令 d 2 0
d
，解出
R x ( )
2 x
2 x22Rx2(x2)Rx2(x2)
2 x
R
2 x
(
2 x
)
相对误差能量：
3
5.1.1信号的幅值特征参数
在通用机械中,机械设备的载荷变化大多属于低频性质,低频信号对机 件损伤取决于载荷幅值大小及出现的次数,而与载荷幅值变化的速率无关. 因此必须对信号的幅值特征参数进行研究.
信号的幅值特征参数： 1.载荷信号的峰值和谷值 2.载荷信号幅值的平均值, 方差和标准差
图5—1 最大值与平均值
信号分析与处理
THE ANALYSIS AND PROCESS OF MECHANIC TEST SIGNAL
第五章 信号分析的工程应用
讲授： 谷立臣
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
2
本章主要内容
❖ 5.1 信号幅值域分析及工程应用 ❖ 5.2 相关分析及应用 ❖ 5.3 频谱分析及应用 ❖ 5.4 双信号分析及应用 ❖ 5.5 倒频谱分析及应用
2 x y
1Rxxy()y 2
1
Rxy()
2
Rx(0)Ry(0)
1x2y
xy
Rxy() 1
Rx(0)Ry(0)
R x y () T 10 T x (t)y (t)d t T 10 T y (t)x (t)d t
4
5.1.2信号幅值的分布特性
概率密度和概率分布函数
x
F(x) p(xd)x
(a) 输入信号
(b) 信号幅值的概率密度函数
(c) 信号幅值的概率分布函数
5
五个简型函数的概率密度函数图
6
5.1.3 幅值域分析的工程应用 1.利用振幅概率密度和累积该分布图进行产品质量控制,研究材料
的强度和控制设备的工作稳定性
第4章已在统计的意义上得出：
并指出：
Rx()T li m T 10Tx(t)x(t)dt
R x ( ) 描述信号 x ( t ) 与其自身延迟 x(t )的线性相关程度；
R x y ( ) 描述信号 x ( t ) 与另一信号 y(t ) 延迟的线性相关程度；
如何定量地衡量 与
之间的相似程度，利用条件极值原
图5—8 腭式碎石机
8
例5.2 精密仪器或易碎品的包装隔振.图5—9所示精密仪器,在 用车辆运输时需要进行包装隔振,以减轻冲击和振动的影响.
图5—9 精密仪器的运输
9
例5.3 受随机载荷作用的梨杆设计.图5—10所示为拖拉机牵引 的梨耙.图5—11为简化以后的梨杆：
图5—10
图5—11
10
2. 利用信号幅值分布规律在机械故障诊断中的应用. 分布规律可以直接用于机械故障诊断.图5—13(a)与(b)是车床变速 箱的噪音概率分布曲线.新旧两只变速箱的分布规律有着明显的差异.
1.被压实路面 2.碾轮总成 3.摆架总成 4.轮轴总成 5.机架总成 6.缓冲弹簧 7.拉压力传感器 8.履带式牵引机
图5—14 冲击式压路机牵引性能实验原理图
12
图5—15(a)牵引力随速度变化曲线 图5—15(b)牵引力幅值概率分布规律
图5—15 牵引力幅值分布规律
13
表5—1 概率密度分布信号特征及机械故障的关系
14
续表
15
5.2 相关分析及应用
5.2.1 相关函数的物理意义 相关函数可以描述两个信号之间的关系或其相似程度;也可以描述 同一信号的现在值与过去值的关系;或者根据过去值,现在值来估计未来 值.图5—16表示了x(t)与y(t)的三组波形的相关程度分析
图5—16 波形的相关程度分析
16
从直观上很难发现x ( t ) 与y ( t ) 之间的相似程度，但也不能说它们之间毫无 关系，如何定量地测量信号之间的相关（或相似）程度？
以用R x ( ) 或 x 作为信号 x ( t ) 自身在时移中的相关性度量。
连续自相关函数定义：R x () T 10 T x (t)x (t)d t T 10 T x (t)x (t)d t
离散自相关函数定义：
N1
Rx(n) x(k)x(nk)
18
k0
实际应用中，定量的描述两个信号之间的相似性更为重要。两
个信号之间可能产生时差 ,为了表示信号x ( t ) 在某时刻 t 的波形
与信号y ( t ) 在未来某时刻 (t ) 的波形的相似程度，就需要研究
两个信号在时移中的相关性：
Rxy()T li m T 10 Tx(t)y(t)dt
R xy ( ) 称为互相关函数，用求自相关系数的方法，同样可以求出：