振动信号AR模型谱估计算法研究中期报告

本科毕业设计（论文）通过答辩 毕业设计（论文）中期报告 题目： 振动信号 型谱估计算法研究 系 别 电子信息系 专 业 通信工程 班 级 姓 名 学 号 导 师 2013 年 3 月 23 日本科毕业设计（论文）通过答辩 1 1. 设计（论文）进展状况 要研究内容及方案 本课题 的 名称是振动信号 型谱估计算法研究 。本课题将对 型功率谱估计算法进行研究并设计一套仿真程序，在此基础上，基于实测振动信号进行算法性能分析，为科研项目 “ 汽轮机振动在线监测系统 ” 中振动信号频谱分析的实现提供基础 ，主要内容如下： (1) 了解功率谱估计的 基 本理论、概念、应用及实现方式； (2) 对 型功率谱估计算法进行研究； (3) 基于 境编程仿真实现算法； (4) 编写图形用户界面，并与算法程序结合，构成一套完整的仿真程序； (5) 将实现的算法应用于实测汽轮机振动信号的谱估计； (6) 对算法效果及性能进行分析。 课题的研究按以下的过程进行： (1) 首先对振动信号 型谱估计算法进行深入研究。 型又称为自回归模型，建立如下的信号模型：假定所观测的数据 ()由一个均方误差为 2w的零均值白噪声序列 w(n)激励一个全极点的线性时不变离散时间系统 H(z)得到的 。 用差分方程表示为 1n a x n k w n (1)其中， , 1, 2 , ,ka k p是 将该模型记为AR(p)，它的系统转移函数为 1( ) 1()() 1 p (2)在功率谱估计中，若观测的数据 ()平稳随机过程，则该系统的输入 w(n)也可认为是平稳的，因而根据线性系统对平稳随机信号的响应理论可得观测数据的功率谱为 22221( ) | ( ) | 1 |j (3)由上式可知，利用 w的问 题。 (2) 在算法研究的基础之上，用 并以模拟的信号对算法进行测试。 本科毕业设计（论文）通过答辩 2 (3) 利用 成一套 (4) 基于实测的汽轮机振动信号对 (5) 在对比的基础上，发现并提出算法的改进方向。 计进展情况 从开题到中期，课题的进展情况如下： (1) 查阅了课题实现的相关 文献及 资料， 主要文献包括： 型功率谱估 计及 现 、 功率谱估计及其 真、基于 型的功率谱估计等等 ， 了解了功率谱估计的的本理论、概念、应用及实现方式， 着重分析了型谱估计算法 及其参数求解。 (2) 熟悉了 件工具 的基本技术 ，并对 言进行了 熟悉和有关 复习 。 (3) 查阅了关于 件的图形界面开发环境 使用流程， 使用写了图形用户界面 ， 图 1 所示 。 图 1 图形用户界面 (4) 基于 境编程仿真 ， 实现了经典功率谱估计方法中的周期图法的程序和 型谱 估计算法的程序 。其中 型谱估计算法分别运用推算法和 法实现 。 本科毕业设计（论文）通过答辩 3 算法 程序 及其仿真结果见附录， 流程图如下 ： I周期图法 开 始结 束读 取 信 号F F T 点 数 设 置去 直 流 成 份求 随 机 信 号 x n 的 N F F T 点 F F x p s d = X k * X k / N 计 算 功 率 谱对 功 率 谱 进 行 归 一 化 处 理完 成 离 散 频 率 到 实 际 频 率 的 计 算绘 制 振 动 信 号 功 率 谱 图图 2 周期图法流程图 型谱估计算法 读 取 信 号去 直 流 成 份参 数 设 置 及 计 算求 最 佳 阶 次 p求 p 阶 A R 模 型 系 数借 助 F F T 求 功 率 谱对 功 率 谱 进 行 归 一 化 处 理完 成 离 散 频 率 到 实 际 频 率 的 计 算绘 制 振 动 信 号 功 率 谱 图结 束开 始图 3 型谱估计算法 (5) 翻译了名为 by 本科毕业设计（论文）通过答辩 4 外文文献 。 2. 存在问题及解决措施 在课题的研究过程中，存在的问题及相应采取的解决措施如下： (1) 算法实现及仿真程序设计 基于 境编程仿真实现算法，并基于 图形界面开发环境 写图形用户界面， 与算法结合完成仿真程序。 (2) 信号源设置 解决措施：将包含信号源的 件放在所编程序 m 文件的编译目录下或者在打开信号源的语句中修改 件的路径为该文件所在位置 ， 如 d: (3) 矩阵相乘 解决措施： 只有当前一矩阵的列数和后一矩阵的行数相同或者其中一个为标量时才能进行， 点乘 (.*)实现 相同阶数的矩阵相乘。 在前期 已完成的工作的基础之上， 后期主要是对图形用户界面 各个模块的回调函数和所要实现的功能进行程序汇编，对 型谱估计算法分辨力、方差性能、运算量等性能进行 分析 ， 并用于实际汽轮机振动信号的谱分析 。 后期工作的 具体安排如下： 第 8 周 第 10 周：进一步 完成 图形用户界面 及 程序 设计 ； 第 11 周 第 13 周： 程序调试 ， 将实现的算法应用于实测汽轮机振动信号的谱估计 进 行研究，并 对 型谱估计算法性能 分析 ； 第 14 周 第 15 周：撰写毕业论文，进行毕业答辩 。 指导教师签字： 年 月 日 本科毕业设计（论文）通过答辩 5 附录 a 周期图法主要程序及仿真结果 信号 r); xn=%f); xn= N= 56;024; Xk= k.*; 0* k=0:1:( f=fs*k/f,:);on;f/; 周期 图法功率谱图 本科毕业设计（论文）通过答辩 6 b 型谱估计算法主要程序及仿真结果 (1) 推算法 ： 信号 r); xn=%f); xn= N= 000;024; P=N/2; ,); p=1:P A,E=xn,p); p)=N*)+2*p; p=1:P p)= p; xn, 0*k=0:1:( f=fs*k/f,:);f/; 本科毕业设计（论文）通过