振动信号的顺序分析

这个例子展示了如何使用阶数分析来分析振动信号。阶数分析用于量化转速随时间变化的旋转机械中的噪声或振动。一个阶指的是一个频率是参考转速的一定倍数。例如，频率等于电机转动频率的两倍的振动信号对应的阶数为2，同样，频率等于电机转动频率的0.5倍的振动信号对应的阶数为0.5。在这个例子中，确定了大振幅的阶数来研究直升机舱内有害振动的来源。

介绍

该示例分析了在主电动机的加速和沿着直升机的机舱内的加速度计模拟振动数据。直升机有几个旋转部件，包括发动机，变速箱和主和尾转子。每个部件以相对于主电动机的已知的固定速率旋转，并且每个部件可以有助于不需要的振动。显性振动部件的频率可以与电动机的旋转速度有关，以研究高幅度振动的源。该示例中的直升机在主和尾转子中有四个刀片。当振动由转子叶片产生时，可以在转子的旋转频率的整数倍数下找到来自直升机转子的重要组成部分。

这个例子中的信号是一个随时间变化的电压，VIB.，以一定速率采样fs等于500hz。数据包括rpm，涡轮发动机的角速度和载体T.时间瞬间。每个转子的转子速度与发动机速度的比率存储在变量中mainRotorEngineRatio和tailRotorEngineRatio．

电机转速信号通常由一系列转速计脉冲组成。tachorpm可用于从转速计脉冲信号提取转速信号。tachorpm自动识别两电平转速计波形的脉冲位置，并计算脉冲之间的间隔来估计转速。在本例中，电机转速信号包含转速，rpm，因此不需要转换。

将电机速度和振动数据作为时间的函数绘制：

负载helidataVib = Vib - mean(Vib);%拆卸直流组件次要情节(2,1,1)情节(t, rpm)％绘制发动机转速包含(“时间(s)”) ylabel ('发动机速度（rpm）')标题('引擎速度'次要情节(2,1,2)情节(t, vib)％绘制振动信号包含(“时间(s)”) ylabel (“电压(mV)”)标题(振动加速度计数据的）

发动机转速在助跑过程中增加，在滑行过程中降低。振动振幅随转速的变化而变化。这种类型的RPM型线是分析旋转机械振动的典型方法。

使用rpm频率图可视化数据

可以使用该功能在频域中可视化振动信号rpmfreqmap．该功能计算信号的短时傅立叶变换，并生成RPM频率映射。rpmfreqmap在省略输出参数时，在交互式绘图窗口中显示地图。

为振动数据生成并可视化rpm -频率图。

RPMFREQMAP（VIB，FS，RPM）

交互式图形窗口产生rpmfreqmap包含一个RPM-频率图，对应于该图的RPM与时间曲线，以及一些可用于量化振动部件的数字指标。地图的振幅默认表示均方根(RMS)振幅。其他振幅选择，包括峰值振幅和功率，可以用可选参数指定。瀑布图菜单按钮生成一个三维视图:

许多轨道在rpm -频率地图有频率增加和减少的电机速度。这表明轨道是电机旋转频率的顺序。在RPM峰值附近有高振幅成分，频率在20和30赫兹之间。十字准线光标可以放置在地图上的这个位置，以查看转速曲线下方的指示框中的频率、RPM值、时间和地图振幅。

默认情况下,rpmfreqmap通过将采样率除以128来计算分辨率。分辨率显示在图的右下角，在本例中为3.906 Hz。默认情况下使用Hann窗口，但也有其他几个窗口可用。

传递一个较小的分辨率值rpmfreqmap要更好地解决某些频率分量。例如，低频分量在峰值RPM处不分开。在低RPM值下，高幅度轨道似乎混合在一起。

生成分辨率为1hz的RPM-frequency映射来解析这些组件。

RPMFREQMAP（VIB，FS，RPM，1）

低频成分现在可以解决的峰值RPM，但有明显的涂现时，转速变化更快。振动指令在每个时间窗内随着电机速度的增加或减少而改变频率，产生更宽的频谱轨迹。由于所需的时间窗口较长，这种涂抹效果在分辨率越高时就越明显。在这种情况下，提高光谱分辨率导致在上升和下降阶段增加了污迹伪影。可以生成一个订单映射来避免这种折衷。

使用RPM订单映射可视化数据

这个函数rpmordermap生成顺序与RPM的光谱图，用于顺序分析。该方法通过在恒定的相位增量上对信号进行重采样，为每个阶产生一个平稳的正弦信号，从而消除污迹。采用短时傅里叶变换对重采样信号进行分析。由于每个订单都是参考转速的固定倍数，因此订单映射包含一个作为每个订单RPM函数的直线订单轨迹。

这个函数rpmordermap接受相同的参数rpmfreqmap并在没有输出参数的情况下调用时生成交互式绘图窗口。分辨率参数现在是按顺序指定的，而不是赫兹，并且地图的光谱轴现在是顺序，而不是频率。该函数默认使用一个平顶窗口。

可视化的命令地图的直升机数据使用rpmordermap．指定订单分辨率为0.005订单。

rpmordermap (vib fs, rpm, 0.005)

该地图包含每个顺序的直线轨道，表明振动发生在电机转速的固定倍数。订单映射使得可以轻松地将每个光谱分量与电机速度相关联。与RPM频率图相比，涂抹伪影显着减少。

使用平均订单频谱确定峰值订单

接下来，确定订单映射的峰值位置。寻找主旋翼和尾旋翼的整数倍的阶数，在那里这些旋翼会产生振动。这个函数rpmordermap返回映射以及相应的顺序和RPM值作为输出。通过对数据的分析，确定了直升机舱内高振幅振动的阶数。

计算并返回数据的订单映射。

[map，mapOrder，mapRPM，mapTime]=rpmordermap（vib，fs，rpm，0.005）；

下一步,使用OrderSpectrum.计算和绘制…的平均光谱地图．该函数接受由rpmordermap作为输入，并随时间平均。

图ORDERSPECTRUM（地图，MAPORDER）

返回平均频谱和呼叫findpeaks返回两座最高山峰的位置。

[spec，specorder] = Orderspectrum（地图，MapOrder）;[〜，琵琶] = findpeaks（spec，specordord，“SortStr”那“下”那“NPeaks”2);peakOrders =圆(peakOrders, 3)

峰值=2×10.0520 0.0660

在图中可以看到两个间隔很近的显性峰在0.05左右。由于振动频率低于电机的转速，所以阶数小于1。

随着时间的推移分析峰值订单

接下来，找到峰值阶的振幅作为时间的函数使用oritingtrack.．使用地图作为输入，并通过调用绘制两个峰值阶的振幅oritingtrack.没有输出参数。

ordertrack(地图,mapOrder mapRPM、mapTime peakOrders)

随着电机转速的增加，两个阶的振幅都会增加。虽然在这种情况下订单很容易分开，oritingtrack.也可以分开交叉订单时，多个RPM信号是存在的。

接下来，提取每个峰值顺序的时间域顺序波形oritingwaveform.．订购波形可以直接比较到原始振动信号并作为音频播放。oritingwaveform.使用Vold-Kalman过滤器提取指定订单的订单波形。将两个峰值波形的总和与原始信号进行比较。

orderWaveforms = orderwaveform (vib fs, rpm, peakOrders);helperPlotOrderWaveforms (t orderWaveforms vib)

减少舱室振动

为了识别机舱振动的来源，将每个峰的顺序与每个直升机转子的顺序进行比较。每个转子的顺序等于转子速度与发动机速度的固定比率。

mainRotorOrder = mainRotorEngineRatio;tailRotorOrder = tailRotorEngineRatio;ratioMain = peakOrders / mainRotorOrder

ratioMain =2×14.0310 - 5.1163

ratioTail = peakOrders / tailRotorOrder

ratioTail =2×10.7904 - 1.0032

最高峰位于主转子速度的顺序四，因此最大振幅分量的频率是主转子频率的四倍。具有四个刀片的主转子是这种振动源的良好候选者，因为它对于直升机N每个转子叶片，振动N乘以转子转速是常见的。同样，第二大部件位于第一个尾桨速度，表明振动可能来自尾桨。由于转子的速度不是由整数因子相关的，第二大峰相对于主转子的速度的阶数不是整数。

使得跟踪和平衡调整，主要和尾部螺旋桨后，一个新的数据集被收集。加载它并在调整之前和之后比较订单光谱。

负载helidataAfterVib = Vib - mean(Vib);%拆卸直流组件[MapAfter，MapOrderAfter] = RpMorderMap（VIB，FS，RPM，0.005）;图持有在orderspectrum(地图,mapOrder) orderspectrum (mapAfter, mapOrderAfter)传说(调整前的那'调整后'）

主峰的振幅现在大大降低了。

结论

这个例子使用阶数分析来识别直升机的主旋翼和尾旋翼作为机舱内高振幅振动的潜在来源。首先,rpmfreqmap和rpmordermap用来形象化命令。RPM顺序映射提供了整个RPM范围内的顺序分离，而没有RPM频率映射中存在的模糊工件。rpmordermap在发动机升降和沿着滑行期间，是在较低的RPM下可视化振动分量的最佳选择。

接下来，使用的示例OrderSpectrum.为了确定峰值订单，oritingtrack.以形象化的振幅的峰值顺序随时间，和oritingwaveform.提取峰值阶的时域波形。最大振幅振动分量的阶数出现在主转子转动频率的4倍处，表明主转子叶片存在不平衡。第二大成分发现在转动频率的尾旋翼。对转子的调整降低了振动水平。

参考文献

布兰德,安德斯。噪声和振动分析:信号分析和实验程序．奇切斯特，英国：John Wiley和Sons，2011。

另请参阅

OrderSpectrum.|oritingtrack.|oritingwaveform.|rpmfreqmap|rpmordermap