[发明专利]基于增强谱峭度的谐波成分检测方法

摘要

本发明实施例公开了一种基于增强谱峭度的谐波成分检测方法，涉及振动信号处理与系统参数辨识领域，能够检测出振动系统中由周期激励力产生的伪共振成分，从而提高系统参数识别的可靠性。本发明的方法包括：针对多通道振动响应情况提出一种增强的谐波成分检测方法，即每一次计算均能综合考虑所有振动响应信息，基于不同的共振峰计算与之对应的增强谱峭度；本发明适用于工作状态下的机械结构系统的振动信号处理。

主权项

1.基于增强谱峭度的谐波成分检测方法，其特征在于，该方法用于检测工作状态的机械结构系统中的受未知周期激励导致响应信号引起的伪共振成分，其包括：针对所述机械结构系统的多通道响应信号估计功率谱矩阵，对所述功率谱矩阵作奇异值分解，并利用所述奇异值分解获取所述机械结构系统响应信号的奇异值曲线和奇异向量；根据奇异值指示信息确定并选取对应于共振峰频率的奇异向量，以得到增强的信号并计算其谱峭度，指示出信号中的谐波成分；所述针对机械结构系统的多通道响应信号估计功率谱矩阵的具体过程为：根据所有通道时域响应信号设定分析谱线数和防功率泄漏窗函数，采用Welch方法估计自功率谱和互功率谱矩阵；将得到的自功率谱、互功率谱在每个谱线上排列成功率谱矩阵，并对其做奇异值分解得到奇异向量与奇异值；所述防功率泄漏窗函数为汉宁窗，根据采样频率和关心的频率分辨率设置谱线数，其中三者之间的关系为其中L_s为谱线数，Δ_f为频率分辨率及f_s为采样频率；所述自功率谱和互功率谱的Welch方法估计为其中，p_ii(ω)为第i个通道响应的自功率谱，p_ik(ω)为第i个通道响应与第k个通道响应的互功率谱，ω＝2πΔ_f，π为圆周率，N为分段数，W为窗函数的二范数，为第i个通道响应信号的第r个分段的第n个序列，为第k个通道响应信号的第r个分段的第n个序列，w(n)为窗函数的第n个序列，上标*表示共轭；将得到的自功率谱、互功率谱在每个谱线上排列成功率谱矩阵P(ω)，并对其做奇异值分解得到奇异向量与奇异值为P(ω)＝U∑V^T               (5)其中，上式中U表示左奇异向量矩阵，Σ表示奇异值矩阵，V表示右奇异向量矩阵，上标T表示转置；将得到所有谱线的奇异值组成奇异值曲线，并根据依次选取奇异值曲线中的共振峰对应的左奇异向量，得到变换矩阵Γ为Γ＝[u₁ … u_r … u_m]          (6)其中，u₁、u_r及u_m分别为第1个，第r个、第m个共振峰对应的左奇异向量；根据所述奇异值指示信息确定并选取对应于共振峰频率的左奇异向量，以得到增强的信号并计算其谱峭度，指示出信号中的谐波成分，具体指：用所述获得的变换矩阵对多通道时域响应信号加权计算，得到增强的时域响应信号：q＝Γ^Hx               (7)上式中的q为增强的时域响应信号，上标H表示共轭转置；则第r个共振峰对应的模态响应为将公式(8)变换的频域，得到第r阶增强功率谱为上式中Q_r为q_r的傅里叶变换；由此，增强谱峭度可表示为其中，M为平均次数，为第r阶增强功率谱的第i个分段值；谐波信号的增强谱峭度值为‑1及随机信号的增强谱峭度值为0，即上式中，ω_s为谐波频率，根据ESK_r的指示判断频率成分是否是谐波。