信号时域与频域分析

信号时域与频域分析

实验报告

姓名：杨

班级：机械

学号： 213

实验数据中，电机转速为1200r/min，采样频率为1280Hz。Hz3为X位移振幅数据，Hz4为Y位移振幅数据，Hz5为速度振幅数据。

Matlab中信号特征对应函数编程

ma = max(Hz) %最大值

mi = min(Hz) %最小值

me = mean(Hz) %平均值

pk = ma-mi %峰-峰值

va = var(Hz); %方差

st = std(Hz); %标准差

ku = kurtosis(Hz); %峭度

rm = rms(Hz); %均方根

一、X轴位移测量分析

plot(Fs3,Hz3)时域图：

ma =52.0261

mi =56.7010

me =1.8200

pk =108.7271

va =1.3870e+03

st =37.2431

ku =1.5462

rm =37.2693

频域图：

fs=1280;

x=Hz3;

N=length(Hz3);

df=fs/N;

f=0:df:N*df-df;

y=fft(x);

y=abs(y)*2/N;

figure(1);

plot(f,y);

xlabel('频率/Hz')

ylabel('幅值')

频谱幅值取得最大值51.9847um，频率为20Hz，与电机转速对应频率一致，应为电机轴未动平衡所致；二倍频处有较大振幅，可能为轴承间隙过大所致。

二、Y轴位移测量分析

plot(Fs4,Hz4)时域图：

ma =61.3987

mi =-74.6488

me =-1.1948

pk =136.0475

av =42.6109

va =2.2428e+03

st =47.3582

ku =1.5135

rm =47.3501

频域图：

fs=1280;

x=Hz4;

N=length(Hz4);

df=fs/N;

f=0:df:N*df-df;

y=fft(x);

y=abs(y)*2/N;

figure(1);

plot(f,y);

xlabel('频率/Hz')

ylabel('幅值')

频谱幅值取得最大值66.6319um，频率为20Hz，与电机转速对应频率一致，应为电机轴未动平衡所致；二倍频处有较大振幅，可能为轴承间隙过大所致。

三、速度测量分析

plot(Fs5,Hz5)时域图：

ma =1.0907

mi =0.1652

me =0.6323

pk =0.9255

av =0.6323

va =0.0397

st =0.1993

ku =1.9936

rm =0.6630

频域图：

fs=1280;

x=Hz5;

N=length(Hz5);

df=fs/N;

f=0:df:N*df-df;

y=fft(x);

y=abs(y)*2/N;

figure(1);

plot(f,y);

xlabel('频率/Hz')

ylabel('幅值')

速度频谱幅值取得最大值1.2647mm/s，频率为20Hz，与电机转速对应频率一致。振幅主要集中在20Hz附近，高频较为稳定。

速度自相关函数图：

fs=1280;

x=Hz;

N=length(Hz);

df=fs/N;

f=0:df:N*df-df;

[a,b]=xcorr(Hz,'unbiased');

plot(b*df,a);

title('速度自相关函数');

xlabel('t');

四、轴心轨迹测量分析

figure(1);

plot(Hz3,Hz4)

grid on;

轴心轨迹图：

五、思考题分析

1.（1）A，B的波形图：

fs=1024;

t=0:1/fs:1;

x=10*sin(60*pi*t+pi/4)+5*sin(120*pi*t+pi/3); y=12*sin(60*pi*t+pi/2)+4*sin(120*pi*t+pi/6); subplot(2,1,1);

plot(t,x);

title('A的波形图')

xlabel('时间/s')

ylabel('幅值')

subplot(2,1,2);

plot(t,y);

title('B的波形图')

xlabel('时间/s')

ylabel('幅值')

figure(2);

plot(x,y);

title('轴心轨迹');

（2）B的幅值谱，相位谱，功率谱：

fs=1024;

df=1/fs;

t=0:df:1;

N=length(t);

y=12*sin(60*pi*t+pi/2)+4*sin(120*pi*t+pi/6);

f=fft(y,N);

mag=abs(f)*2/N;

phase=angle(f);

power=mag.^2;

F=0:df*N:(N-1)/N/df;

figure(1);

plot(F(1:(N+1)/2),mag(1:(N+1)/2));

title('B的幅值谱');

figure(2);

plot(F(1:(N+1)/2),phase(1:(N+1)/2));

title('B的相位谱');

figure(3);

plot(F(1:(N+1)/2),power(1:(N+1)/2));

title('B的功率谱');

B的幅值谱：

的B

相位

谱：

B的功率谱：

（3）A和B的互相关函数，A的自相关函数：fs=1024;

df=1/fs;

t=0:df:1;

N=length(t);

x=10*sin(60*pi*t+pi/4)+5*sin(120*pi*t+pi/3);

y=12*sin(60*pi*t+pi/2)+4*sin(120*pi*t+pi/6); [a,b]=xcorr(x,y,'unbiased');

figure(1);

plot(b,a);

title('A,B的互相关图'); [a,b]=xcorr(x,'unbiased'); figure(2);

plot(b,a);

title('A的自相关图'); A、B的互相关图：

A的自相关图：

2.对下列信号进行短时傅里叶变换及EMD分解

建立sa.m文件，建立函数

functionsd=sa(a,b,f,ang,t)

if t>b

sd=sin(2*pi*f*t+ang)*exp(a*(t-b));

else

sd=0;

end

t=0:0.001:2;

x=8*sin(60*pi*t+pi/12)+4*sin(120*pi*t+pi/2)+sin(300*pi*t+pi/6)+20*sa(20,0.2,250, pi/3,t);

[Spec,Freq]=STFT(x,542,64,1);

短时傅里叶变换图：

t=0:0.001:2;

x=8*sin(60*pi*t+pi/12)+4*sin(120*pi*t+pi/2)+sin(300*pi*t+pi/6)+20*sa(20,0.2,250, pi/3,t);

imf = emd(x);

[m n]=size(imf);

emd_visu(x,t,imf);

EMD分解图：