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：
B
相
的位
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：