專利名稱：用于頻率調(diào)整的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于將具有目標(biāo)頻(frequency of interest)的信號(hào)從噪聲區(qū)分開的系統(tǒng)和方法，更具體地說(shuō)，涉及用于從復(fù)合信號(hào)中恢復(fù)目標(biāo)信號(hào)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電動(dòng)機(jī)等電機(jī)被用于多種廣泛的應(yīng)用，包括(但不局限于)關(guān)閉或打開電開關(guān)和/或向電氣設(shè)備提供動(dòng)力?？梢允褂脿顟B(tài)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控與電機(jī)有關(guān)的預(yù)定的目標(biāo)頻率評(píng)價(jià)所述電機(jī)的狀態(tài)。監(jiān)控上述電機(jī)所運(yùn)行的頻率目標(biāo)有助于精確地判定所述機(jī)器是運(yùn)轉(zhuǎn)良好還是出現(xiàn)了故障。
至少有些已知的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)從正被監(jiān)控的機(jī)器中抽樣多個(gè)信號(hào)以確定相關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)并將這些狀態(tài)傳遞給操作員。所收集到的信號(hào)可以是由多個(gè)分量組成的復(fù)合信號(hào)，所述多個(gè)分量包括了包含特定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和包含噪聲的分量。然而，由于可能存在于機(jī)器輸出信號(hào)中的噪聲振幅，難以分離出包含目標(biāo)頻率的分量。此外，在有些情況下，當(dāng)難以將目標(biāo)頻率分量從噪聲分量區(qū)分開時(shí)，就不容易從噪聲分量分離包含所述目標(biāo)頻率的分量。
為了幫助分離所述包含目標(biāo)頻率的復(fù)合信號(hào)分量，至少有些監(jiān)控器使用了濾波器將來(lái)自抽樣信號(hào)的頻率范圍縮小為包括目標(biāo)頻率的頻帶。在操作頻率范圍被縮小之后，可以從該頻帶內(nèi)檢測(cè)目標(biāo)頻率。然而，當(dāng)無(wú)法從噪聲分量區(qū)分包含目標(biāo)頻率的復(fù)合信號(hào)分量，所有的頻譜峰值都表示噪聲頻率而不是目標(biāo)頻率。任意地選擇其中一個(gè)頻譜峰值會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)的結(jié)果，基本上保證不了分離目標(biāo)頻率。因此，難以從該頻帶內(nèi)區(qū)分出目標(biāo)頻率。
為了進(jìn)一步幫助分離包含機(jī)器的目標(biāo)頻率的信號(hào)分量，至少有些監(jiān)控器使用了至少一個(gè)振蕩器。所述振蕩器可以被配置用來(lái)通過(guò)根據(jù)輸入復(fù)合信號(hào)的預(yù)定目標(biāo)頻率調(diào)節(jié)振蕩器的振蕩頻率而提高輸入的復(fù)合信號(hào)的信躁比。這個(gè)過(guò)程有時(shí)被稱為頻率調(diào)整(frequency rectification)。
至少有些已知的振蕩器包括在一組預(yù)定參數(shù)范圍內(nèi)振蕩的物理模擬裝置。例如，振蕩器可以被配置用來(lái)輸出在預(yù)定頻率上或預(yù)定頻率范圍內(nèi)具有預(yù)定振幅或在預(yù)定振幅范圍內(nèi)的信號(hào)。更具體地說(shuō)，振蕩器可以被配置用來(lái)輸出其振幅對(duì)于預(yù)定時(shí)間段內(nèi)預(yù)定數(shù)量的周期在兩個(gè)值之間來(lái)回振蕩的連續(xù)信號(hào)?；蛘?，至少有些振蕩器被配置為物理模擬裝置的電子計(jì)算機(jī)模擬，以產(chǎn)生實(shí)際上類似于它們所基于的物理模擬模型的輸出信號(hào)。
可以配置這些振蕩器以使它們趨向于以基本穩(wěn)定的頻率在未受干擾的狀態(tài)中振動(dòng)直到引入了干擾為止。還可以配置這些振蕩器，以使當(dāng)對(duì)之前未受干擾的振蕩器引入干擾時(shí)，所述振蕩器趨向于轉(zhuǎn)移到一個(gè)替代的、其特征類似于所述干擾的特征的基本穩(wěn)定的狀態(tài)。例如，可以配置上述振蕩器以使它在目標(biāo)頻率的數(shù)量級(jí)內(nèi)以未受干擾的振蕩頻率振蕩。當(dāng)在特定狀態(tài)下，上述具有目標(biāo)頻率以及噪聲分量的復(fù)合輸入信號(hào)被輸入到所述振蕩器中時(shí)，該振蕩器可以把它的振蕩頻率轉(zhuǎn)成與目標(biāo)頻率基本相同的頻率。來(lái)自振蕩器的合成輸出信號(hào)可以用頻譜表示，由于噪聲分量振幅的下降所述頻譜的顯著波峰非常接近目標(biāo)頻率。因此相對(duì)于噪聲增大了目標(biāo)頻率的信號(hào)的相對(duì)振幅。
一旦頻率調(diào)整完成，可以使用頻率提取產(chǎn)生目標(biāo)頻率信號(hào)，以在隨后的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控中進(jìn)一步使用。
當(dāng)上述振蕩器的電子計(jì)算機(jī)化模型被用來(lái)執(zhí)行頻率調(diào)整時(shí)，相關(guān)配置所使用的一組算法要消耗大量的計(jì)算資源并且在判斷是否存在設(shè)備故障時(shí)會(huì)帶來(lái)不希望有的延遲。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，提供了一種監(jiān)控機(jī)器狀態(tài)的方法。該方法包括接收來(lái)自機(jī)器的輸入復(fù)合信號(hào)，其中該輸入復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量。該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量。該方法還包括處理所述輸入復(fù)合信號(hào)并產(chǎn)生具有多個(gè)信號(hào)分量的輸出復(fù)合信號(hào)。所述多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量。處理所述輸入復(fù)合信號(hào)包括執(zhí)行固定步長(zhǎng)的積分(fixed-step integration)以及處理所述輸出復(fù)合信號(hào)以判定是否存在故障。
另一方面，提供了一種監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將從機(jī)器接收到的模擬正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸入復(fù)合信號(hào)，其中該輸入復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量。所述多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量。該系統(tǒng)還包括一個(gè)具有多個(gè)加速積分算法的頻率整流器用于處理所述輸入復(fù)合信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)輸出復(fù)合信號(hào)。所述輸出復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量。所述多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量。該系統(tǒng)還包括至少一個(gè)頻率提取裝置，它具有至少一個(gè)時(shí)域-頻域轉(zhuǎn)換器以及用于處理來(lái)自頻率整流器的輸出復(fù)合信號(hào)以判定是否存在故障的監(jiān)控和診斷子系統(tǒng)。
又一方面，提供了一種頻率調(diào)整系統(tǒng)。該頻率調(diào)整系統(tǒng)包括一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將來(lái)自機(jī)器的模擬正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸入復(fù)合信號(hào)，其中該輸入復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量。所述多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量。該系統(tǒng)還包括一個(gè)具有多個(gè)加速積分算法的頻率整流器用于處理該輸入復(fù)合信號(hào)并產(chǎn)生輸出復(fù)合信號(hào)，其中該輸出復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量。該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量。


圖1是用來(lái)從復(fù)合信號(hào)區(qū)分出目標(biāo)信號(hào)的系統(tǒng)的示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖2是可以用于圖1中的系統(tǒng)的示范性簡(jiǎn)諧振蕩器的示范性位移對(duì)比時(shí)間行為的圖形表示；圖3是可以用于圖1中的系統(tǒng)的示范性簡(jiǎn)諧振蕩器的示范相位圖的圖形表示；圖4是可以用于圖1中的系統(tǒng)的示范性振蕩器的示范性位移對(duì)比時(shí)間行為的圖形表示；圖5是可以用于圖1中的系統(tǒng)的示范性振蕩器的示范性相位圖的圖形表示；圖6是可以用于圖1中的系統(tǒng)的振蕩器的示范性輸出的圖形表示；圖7是可以用于圖1中的系統(tǒng)的振蕩器的輸入信號(hào)的示范性噪聲分量的圖形表示；圖8是可以用于圖1中的系統(tǒng)的振蕩器的示范性輸出的圖形表示；圖9是可以用于圖1中的系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖10是用于調(diào)制可以用于圖1中的系統(tǒng)的示范性振蕩器的振蕩頻率的示范性方法的流程圖；圖11是可用來(lái)從適合用于圖1中的系統(tǒng)的復(fù)合信號(hào)中區(qū)分出目標(biāo)信號(hào)的系統(tǒng)的可選示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖12是可以用于圖11中的系統(tǒng)的示范性的目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)的圖形表示；圖13是可以用于圖11中的系統(tǒng)的示范性噪聲信號(hào)的圖形表示；圖14是可以用于圖11中的系統(tǒng)的示范性振蕩器固有頻率輸出信號(hào)的圖形表示；圖15是可以用于圖11中的系統(tǒng)的示范性振蕩器目標(biāo)頻率輸出信號(hào)的圖形表示；
圖16是可以用于圖11中的系統(tǒng)的示范性振蕩器調(diào)整后頻率輸出信號(hào)的圖形表示；圖17是可以用于圖11中的系統(tǒng)的通用振蕩器的示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖18是可以用于圖11中的系統(tǒng)的范德波爾(Van der Pol)振蕩器的示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖19是用于從自電機(jī)接收到的復(fù)合信號(hào)中區(qū)分出目標(biāo)信號(hào)的系統(tǒng)的示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖20是可以包含可用于圖19中所示系統(tǒng)的決策支持子系統(tǒng)的CIMMS的示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖21是可以駐留在圖20中所示決策支持子系統(tǒng)中的基于規(guī)則的狀態(tài)監(jiān)控和診斷子系統(tǒng)的示范實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；以及圖22是可以駐留在圖21中所示基于規(guī)則的狀態(tài)監(jiān)控和診斷子系統(tǒng)中的電機(jī)運(yùn)行速度頻率整流器和提取裝置的示范實(shí)施例的方框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是可以用來(lái)從復(fù)合信號(hào)區(qū)分出目標(biāo)信號(hào)的系統(tǒng)30的示范實(shí)施例。系統(tǒng)30包括傳感器(transducer)34、模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器36、振蕩器38、變換裝置40和輸出裝置42。在備選實(shí)施例中，振蕩器38包括變換裝置40和輸出裝置42。傳感器34可以與要監(jiān)控的機(jī)器32相耦合，例如(但不限于)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子車軸和/或渦輪的外殼。在該示范實(shí)施例中，傳感器34是一個(gè)檢測(cè)電磁信號(hào)中的變化的電磁傳感器。這樣的信號(hào)變化由機(jī)器32的振蕩(如旋轉(zhuǎn))產(chǎn)生。當(dāng)然，傳感器34也可以是其它類型的傳感器，例如振動(dòng)探頭。
在示例性實(shí)施例中，振蕩器38是一種范德波爾(Van der Pol)振蕩器?；蛘撸袷幤?8可以是通用振蕩器。變換裝置40是將信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換成頻域的傅立葉變換裝置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，該傅立葉變換裝置是快速傅立葉變換轉(zhuǎn)置。輸出裝置42可以包括顯示器，例如陰極射線管(CRT)顯示器。
在運(yùn)行中，根據(jù)該示例性實(shí)施例，傳感器34在機(jī)器32周圍產(chǎn)生一個(gè)場(chǎng)，例如電磁場(chǎng)。機(jī)器32在該電磁場(chǎng)內(nèi)振蕩，而且這樣的振蕩導(dǎo)致了機(jī)器輸出信號(hào)44的產(chǎn)生。傳感器34檢測(cè)該機(jī)器輸出信號(hào)44，并根據(jù)該信號(hào)44產(chǎn)生具有適合于A/D轉(zhuǎn)換器36接收的形式的模擬信號(hào)36。A/D轉(zhuǎn)換器36接收到模擬信號(hào)46，并將信號(hào)46從模擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。
通常，諸如振蕩器38等適用于系統(tǒng)30的振蕩器可以具有通過(guò)類似于以下的二階微分方程來(lái)控制的運(yùn)行特征
d2x(t)/dt2-z*(1-x(t)2)*(dx(t)/dt)+w2*x(t)＝g*cos(wD*t)(1)其中“*”表示乘法；x表示任何變量，例如位移；t表示時(shí)間，d/dt表示關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)；(t)表示作為時(shí)間函數(shù)的變量；(dx(t)/dt)示位移關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，即速度；d2x(t)/dt2表示速度關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，即加速度；z表示阻尼常數(shù)；-z*(1-x(t)2)*(dx(t)/dt)表示阻尼項(xiàng)；w表示未受干擾的頻率；g*cos(wD*t)表示周期的驅(qū)動(dòng)(或強(qiáng)制)函數(shù)；g表示常數(shù)；wD表示驅(qū)動(dòng)頻率；cos(wD*t)表示三角函數(shù)?；蛘?，可以使用sin(wD*t)。x及其導(dǎo)數(shù)的方程式的解隨著時(shí)間而變化，并產(chǎn)生非線性的、動(dòng)態(tài)的、振蕩輸出。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)函數(shù)不存在時(shí)，公式(1)采用以下形式d2x(t)/dt2-z*(1-x(t)2)*(dx(t)/dt)+w2*x(t)＝0(2)當(dāng)阻尼常數(shù)z被設(shè)置為0時(shí)，公式(2)采用以下形式d2x(t)/dt2+w2*x(t)＝0(3)這是關(guān)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的一般方程式的形式，而且可以表示振蕩器38的一個(gè)簡(jiǎn)單算法。
如上所述，A/D轉(zhuǎn)換器36輸出振蕩器輸入復(fù)合信號(hào)48，該信號(hào)48包括在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)以預(yù)定抽樣速率產(chǎn)生的多個(gè)數(shù)字化信號(hào)46樣本，其中所述時(shí)間周期稱為抽樣時(shí)間步長(zhǎng)。信號(hào)48還包括包含目標(biāo)頻率的分量以及噪聲分量。無(wú)法從輸入復(fù)合信號(hào)48的噪音分量區(qū)分出輸入復(fù)合信號(hào)48的目標(biāo)頻率分量。目標(biāo)頻率的一個(gè)例子是機(jī)器32的固有振蕩頻率?？梢栽跈C(jī)器32的標(biāo)簽上顯示該固有頻率。機(jī)器32的固有頻率和振蕩器38的固有頻率可以相同或不同。
在信號(hào)48被引入振蕩器38之前，振蕩器38可以如上所述以預(yù)定的固有頻率振蕩。當(dāng)包含了目標(biāo)頻率分量和噪聲分量的信號(hào)48被引入振蕩器38時(shí)，振蕩器38的振蕩頻率可以轉(zhuǎn)成所述目標(biāo)頻率，即，振蕩器38的頻率可以與信號(hào)48的目標(biāo)頻率分量同步，而且可以如上所述地處理信號(hào)48的噪聲分量。振蕩器輸出復(fù)合信號(hào)50包括一個(gè)包含目標(biāo)頻率的信號(hào)分量，該分量的振幅相對(duì)于已經(jīng)被最小化的信號(hào)50的相關(guān)噪音分量得到了明顯增加。因此，信號(hào)50相對(duì)于信號(hào)48具有較高的信噪比，因而，輸出50的目標(biāo)頻率分量能夠從噪音分量區(qū)分出來(lái)。
變換裝置40接收到輸出復(fù)合信號(hào)50，并將信號(hào)50從時(shí)域變換到頻域以幫助隨后從信號(hào)50中提取出目標(biāo)頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，變換裝置40應(yīng)用傅立葉變換，或者應(yīng)用快速傅立葉變換。變換裝置40輸出頻域信號(hào)52到輸出裝置42，所述輸出裝置42顯示所述頻域信號(hào)52。
操作者觀察輸出裝置42并判斷機(jī)器32是否運(yùn)行正常，例如通過(guò)評(píng)定測(cè)量出的頻率是否在預(yù)定頻率范圍內(nèi)或預(yù)定頻率的偏差之內(nèi)來(lái)進(jìn)行上述判斷。當(dāng)機(jī)器32運(yùn)行不正常時(shí)，操作者采取措施(例如呼叫維修中心)改善機(jī)器32的操作。例如，當(dāng)機(jī)器32以不在預(yù)定頻率范圍內(nèi)或者不在預(yù)定頻率的偏差內(nèi)的頻率振蕩時(shí)，機(jī)器32被確定為運(yùn)行不正常。
圖2是可以用于系統(tǒng)30(圖1所示)的示范性簡(jiǎn)諧振蕩器38的示范性位移對(duì)比時(shí)間行為的圖形表示。簡(jiǎn)諧振蕩器時(shí)域曲線圖45是公式(3)中所示振蕩器38的簡(jiǎn)諧實(shí)施例的一般特性的圖形表示。曲線圖45包括在橫坐標(biāo)(x軸)上標(biāo)繪的位移x(t)、在縱坐標(biāo)(y軸)上標(biāo)繪的時(shí)間t以及振幅為x(t)頻率為w的重復(fù)的正弦曲線。
圖3是可以用于系統(tǒng)30(圖1所示)的示范性簡(jiǎn)諧振蕩器38的示范性相位圖的圖形表示。簡(jiǎn)諧振蕩器相位圖47(有時(shí)稱為相圖或相平面)包括在橫坐標(biāo)(x軸)上標(biāo)繪的位移x(t)和在縱坐標(biāo)(y軸)上標(biāo)繪的速度dx(t)/dt。公式(3)的通解的特性由一個(gè)帶有箭頭的重復(fù)的圓形圖案表示，所述箭頭示出了關(guān)于時(shí)間t的振蕩方向。通常由計(jì)算機(jī)使用下述數(shù)字積分技術(shù)對(duì)類似于上述公式(1)、(2)和(3)的公式求解。
參考上面的公式(2)，阻尼項(xiàng)-z*(1-x(t)2)*(dx(t)/dt)可以確定振蕩器38的運(yùn)行特性。例如，當(dāng)x(t)的值使(1-x(t)2)小于0時(shí)，阻尼項(xiàng)-z*(1-x(t)2)*(dx(t)/dt)為正，而且公式(2)對(duì)于x(t)的解趨向0。這樣，阻尼了振幅大的振蕩?；蛘撸?dāng)x(t)的值使(1-x(t)2)大于0時(shí)，阻尼項(xiàng)-z*(1-x(t)2)*(dx(t)/dt)為負(fù)，而且公式(2)對(duì)于x(t)的解趨向于遠(yuǎn)離0。因此，放大了振幅小的振蕩。
圖4是可以用于系統(tǒng)30(圖1所示)的示范性簡(jiǎn)諧振蕩器38的示范性位移對(duì)比時(shí)間特征的圖形表示。阻尼簡(jiǎn)諧振蕩器時(shí)域曲線圖49是公式(2)中所示的振蕩器38的被阻尼的簡(jiǎn)諧實(shí)施例的一般行為的圖形表示。當(dāng)振蕩器38的振蕩在時(shí)間t＝0被啟動(dòng)時(shí)，x(t)貫穿一系列連續(xù)增加的振幅而變化，并且一段時(shí)間后，振蕩器38可以接近充分穩(wěn)定的正弦曲線特性。
圖5是可以用于系統(tǒng)30(圖1所示)的示范性振蕩器38的示范性相位圖的圖形表示。阻尼簡(jiǎn)諧振蕩器相位圖51表示一個(gè)相位圖，其包括在橫坐標(biāo)(x軸)上標(biāo)繪的位移x(t)和在縱坐標(biāo)(y軸)上標(biāo)繪的速度dx(t)/dt。公式(2)的通解的初始行為由用箭頭表示關(guān)于時(shí)間的振蕩方向的初始彈道軌跡(trajectory)來(lái)表示。隨后，振蕩器38的行為漸漸接近可以稱為極限圓的閉合彈道軌跡，即振蕩器38可以按照充分穩(wěn)定的頻率w振蕩。這種狀態(tài)通常被定義為未受干擾的振蕩器狀態(tài)。
在未受干擾的狀態(tài)中，不管輸入信號(hào)48的值如何，振蕩器38都可以偏離振蕩。例如，當(dāng)沒(méi)有信號(hào)48時(shí)，振蕩器38顯現(xiàn)出平衡性，并且包括非常穩(wěn)定的、內(nèi)部振蕩的信號(hào)，該信號(hào)的振蕩頻率和振幅偏離操作者選擇的預(yù)定參數(shù)。所述非常穩(wěn)定的、內(nèi)部振蕩頻率通常被稱為振蕩器的固有頻率。在這個(gè)狀態(tài)下，來(lái)自振蕩器38的輸出50可以包括基本上類似于由振蕩器38的振蕩所產(chǎn)生的振幅和頻率?？梢云x振蕩器38的固有頻率使其基本上等于從經(jīng)驗(yàn)操作估計(jì)或知識(shí)基礎(chǔ)確定出的特定目標(biāo)頻率，即在其數(shù)量級(jí)內(nèi)。如下所述，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)對(duì)振蕩器38的操作者調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)振蕩器38的偏離。
圖6是振蕩器38的示范性輸出50的圖形表示。曲線圖53示出了在偏離的、未受干擾的狀態(tài)中的振蕩器38的輸出50。曲線圖53包括在橫坐標(biāo)(x軸)上標(biāo)繪的位移x(t)、在縱坐標(biāo)(y軸)上標(biāo)繪的時(shí)間t以及帶有振幅x(t)和頻率w的重復(fù)的正弦曲線。偏離的、未受干擾的振蕩器頻域曲線圖54表示偏離的、未受干擾的振蕩器38的輸出52的頻譜。曲線圖54包括在橫坐標(biāo)(x軸)上標(biāo)繪的位移x(t)、在縱坐標(biāo)繪的頻率以及帶有振幅x(t)和頻率w的頻譜峰值。
參考以上的公式(1)，當(dāng)引入驅(qū)動(dòng)函數(shù)g*cos(wD*t)時(shí)，關(guān)于x(t)的解和振蕩器38的特性會(huì)改變。對(duì)于該實(shí)例，w和wD是不相等的。然而，可以認(rèn)為它們?cè)诒舜说臄?shù)量級(jí)內(nèi)。驅(qū)動(dòng)函數(shù)的引入為振蕩器38引入一個(gè)擾動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，該擾動(dòng)將振蕩器38的頻率從w轉(zhuǎn)變到wD。振蕩器38最后獲得一個(gè)改變的、充分穩(wěn)定的振蕩頻率wD。這一狀態(tài)可以稱為頻率鎖定或頻率同步，而且振蕩器38達(dá)到一種改變的平衡。當(dāng)驅(qū)動(dòng)函數(shù)的振幅足夠大時(shí)，促進(jìn)該頻率同步，未受干擾的振蕩器狀態(tài)的振幅和驅(qū)動(dòng)函數(shù)基本上都是常數(shù)，w與wD之間的差別很小，而且w與wD基本上都是常數(shù)。
一開始往振蕩器38中傳送振蕩器輸入復(fù)合信號(hào)48干擾了振蕩器38的平衡，類似于上述驅(qū)動(dòng)函數(shù)。然而，在一段時(shí)間后，振蕩器38會(huì)達(dá)到一種改變的偏離狀態(tài)，其包括一種改變的平衡。在改變的狀態(tài)中，振蕩器輸出復(fù)合信號(hào)50也會(huì)改變，而且會(huì)獲得基本上類似于輸入48的目標(biāo)頻率分量的頻率值，其與振蕩器38的固有頻率稍微有些不同。當(dāng)達(dá)到這種狀態(tài)時(shí)，振蕩器38的振蕩與輸入48同步。當(dāng)此狀態(tài)存在時(shí)，輸出50的圖形表示可能基本上類似于上述圖6中的曲線圖53。
如果與驅(qū)動(dòng)函數(shù)一起引入一個(gè)附加的隨機(jī)噪聲分量，例如白噪聲，該公式的解就會(huì)改變。以下公式表示了這一狀態(tài)d2x(t)/dt2-z*(1-x(t)2)*(dx(t)/dt)+w2*x(t)＝g*cos(wD*t)+Noise(t)(4)其中Noise(t)表示會(huì)隨著時(shí)間而變化的隨機(jī)噪聲分量。該隨機(jī)噪聲分量包括在頻譜內(nèi)變化頻率和振幅的多個(gè)隨機(jī)噪聲信號(hào)。
圖7是振蕩器38的輸入信號(hào)48的示范性噪聲分量的圖形表示。在噪聲分量時(shí)域曲線圖55上，通?？梢杂每焖俎D(zhuǎn)變的幅度(在橫坐標(biāo)上)對(duì)比時(shí)間(在縱坐標(biāo)上)來(lái)表示該隨機(jī)噪聲分量。在噪聲分量頻域曲線圖56上，通?？梢杂冕槍?duì)跨越該頻譜的多個(gè)頻率具有恒定快速轉(zhuǎn)變的振幅(在橫坐標(biāo)上)的頻譜(在縱坐標(biāo)上)來(lái)表示該隨機(jī)噪聲分量。包括w與wD的頻率范圍內(nèi)的頻率振幅在公式(1)的噪聲分量中可以比驅(qū)動(dòng)函數(shù)分量大，從而在噪聲下“埋藏”目標(biāo)頻率。可以預(yù)先確定積分時(shí)間步長(zhǎng)，其足夠大以阻止積分隨機(jī)噪聲信號(hào)的重要部分。隨時(shí)間對(duì)噪聲分量的多個(gè)積分，其包括跨越頻譜的快速和隨機(jī)轉(zhuǎn)變的振幅，使噪聲分量對(duì)解的影響最小化。阻尼項(xiàng)進(jìn)一步通過(guò)上述特性來(lái)使噪聲對(duì)于該解的影響最小化。因此，公式(4)的包含噪聲分量的解基本上類似于公式(1)的不包含噪聲分量的解。隨后，振蕩器38可以以頻率wD來(lái)振蕩。
圖8是振蕩器的示范性輸出48的圖形表示。在振蕩器輸出時(shí)域曲線圖57中的可區(qū)分的目標(biāo)頻率表示振蕩器38在信號(hào)48中引入噪聲分量之后時(shí)域中的輸出。曲線圖57包括在橫坐標(biāo)上標(biāo)繪的位移x(t)、在縱坐標(biāo)上標(biāo)繪的時(shí)間t以及帶有振幅x(t)和頻率wD的重復(fù)的正弦曲線。在振蕩器輸出頻域曲線圖58中的可區(qū)分的目標(biāo)頻率表示在信號(hào)48中引入噪聲分量之后頻域中的信號(hào)52。曲線圖58包括在橫坐標(biāo)上標(biāo)繪的位移x(t)、在縱坐標(biāo)上標(biāo)繪的頻率以及帶有振幅x(t)和頻率wD的頻譜峰值。
變換裝置40(圖1所示)接收輸出復(fù)合信號(hào)50(圖1所示)，并將信號(hào)50從時(shí)域變換到頻域以促進(jìn)隨后從信號(hào)50中提取目標(biāo)頻率。在一個(gè)實(shí)施例中，變換裝置40應(yīng)用傅立葉變換，或者應(yīng)用快速傅立葉變換。變換裝置40向輸出裝置42(圖1所示)輸出頻域信號(hào)52(圖1所示)，該輸出裝置42顯示頻域信號(hào)52。與輸入信號(hào)48(圖1所示)同步的振蕩器38的圖形表示(圖1所示)基本上類似于曲線圖54(圖6所示)，除了在頻率等于wD時(shí)的頻率峰值。
圖9是可以用于系統(tǒng)30(圖1所示)的計(jì)算機(jī)60的示范實(shí)施例的方框圖，其為振蕩器38和變換裝置40的實(shí)例。計(jì)算機(jī)60包括處理器62、存儲(chǔ)器64、輸入裝置66和輸出裝置42。在此所使用的術(shù)語(yǔ)計(jì)算機(jī)并不僅僅限定為那些在現(xiàn)有技術(shù)中稱為計(jì)算機(jī)的集成電路，而且泛指處理器、微控制器、微型計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器、專用集成電路和其他可編程電路，而且這些術(shù)語(yǔ)在此可以交換使用。在示范實(shí)施例中，存儲(chǔ)器64可以包括但不限定于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。作為選擇，還可以使用軟盤、光盤-只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、磁光盤(MOD)和/或數(shù)字通用光盤(DVD)。另外，在示范實(shí)施例中，輸入裝置66可以表示諸如鼠標(biāo)和鍵盤的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備，但并不限定于此。作為選擇，還可以使用其他計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備，例如掃描儀。
處理器62包括模擬振蕩器38(圖1所示)和變換裝置40(圖1所示)的至少一個(gè)振蕩器和至少一個(gè)變換裝置的計(jì)算機(jī)化模型。處理器62接收來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器36的輸入復(fù)合信號(hào)48并處理信號(hào)48。處理器62通過(guò)調(diào)節(jié)多個(gè)操作參數(shù)和執(zhí)行多個(gè)算法來(lái)處理信號(hào)48，以使振蕩頻率可以與信號(hào)48的目標(biāo)頻率分量的頻率同步。處理器62通過(guò)存儲(chǔ)器信號(hào)68從存儲(chǔ)器64中獲取操作參數(shù)。操作者操作輸入裝置66來(lái)通過(guò)輸入信號(hào)70向處理器62提供操作參數(shù)。選擇性地，操作者可以調(diào)節(jié)處理器操作參數(shù)來(lái)偏離固有振蕩頻率以便基本上類似于輸入復(fù)合信號(hào)48的目標(biāo)頻率分量的頻率。處理器62產(chǎn)生輸出復(fù)合信號(hào)50。此外，處理器62通過(guò)執(zhí)行多個(gè)算法來(lái)將輸出復(fù)合信號(hào)50從時(shí)域變換到頻域，然后輸出頻域信號(hào)52。
圖10是調(diào)制可以用于系統(tǒng)30(圖1所示)的振蕩器38(圖1所示)的振蕩頻率的示范性方法80的流程圖。方法80包括接收輸入復(fù)合信號(hào)的步驟82。方法80進(jìn)一步包括處理輸入復(fù)合信號(hào)的步驟84。通過(guò)在處理器60內(nèi)調(diào)節(jié)多個(gè)操作參數(shù)和執(zhí)行多個(gè)算法來(lái)執(zhí)行該處理(圖9所示)，以便隨后調(diào)節(jié)振蕩器38的計(jì)算機(jī)化模型的振蕩頻率，使其約等于輸入復(fù)合信號(hào)48(圖1所示)的目標(biāo)頻率。方法80進(jìn)一步包括產(chǎn)生輸出復(fù)合信號(hào)的步驟86。判斷步驟88包括產(chǎn)生對(duì)振蕩頻率是否約等于輸入復(fù)合信號(hào)48的輸入目標(biāo)頻率的判斷。當(dāng)判斷步驟88指出振蕩頻率不約等于目標(biāo)頻率時(shí)，調(diào)節(jié)處理器60的多個(gè)操作參數(shù)和執(zhí)行多個(gè)算法來(lái)將振蕩器38的計(jì)算機(jī)模型的振蕩頻率向輸入復(fù)合信號(hào)48的目標(biāo)頻率轉(zhuǎn)變。在接收到另一個(gè)輸入復(fù)合信號(hào)時(shí)重復(fù)方法80。
圖11是可以用于系統(tǒng)30(圖1所示)的用來(lái)從復(fù)合信號(hào)中區(qū)別目標(biāo)信號(hào)的系統(tǒng)90的替代示范實(shí)施例的方框圖。系統(tǒng)90包括振蕩器92，其為振蕩器38(圖1所示)的示范實(shí)施例。系統(tǒng)90進(jìn)一步包括第一乘法器94、加法器96、第二乘法器98、三角函數(shù)裝置100、時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器102、多個(gè)開關(guān)104和106以及多個(gè)端子108、110、112和114。時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器102可以包括石英晶體。三角函數(shù)裝置100執(zhí)行三角函數(shù)，例如正弦函數(shù)或余弦函數(shù)。每一個(gè)乘法器94和98可以包括放大器。
時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器102振蕩以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)116，該時(shí)鐘信號(hào)116包括一個(gè)預(yù)定頻率，例如每秒1弧度(rad/sec)。乘法器98接收時(shí)鐘頻率信號(hào)116，把頻率信號(hào)116乘以無(wú)量綱的常數(shù)，例如0.95，并輸出相乘后的時(shí)鐘頻率信號(hào)118，例如，0.95弧度/秒。三角函數(shù)裝置100接收相乘后的時(shí)鐘頻率信號(hào)118，并對(duì)該信號(hào)執(zhí)行一個(gè)三角函數(shù)的算法以產(chǎn)生目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120。信號(hào)120的一個(gè)實(shí)例是sin((0.95rad/sec)*t)，其中“*”表示乘法函數(shù)而t表示以秒為單位的時(shí)間。作為選擇，信號(hào)120可以是cos((0.95rad/sec)*t)。信號(hào)120可以用來(lái)使振蕩器92與上述目標(biāo)頻率同步。
圖12是可以用于系統(tǒng)90(圖11所示)的示范性的目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120的圖形表示。曲線圖122表示示范性的目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120在時(shí)域中的一個(gè)實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以秒為單位的時(shí)間。曲線圖122將信號(hào)120表示為振幅大約為1和頻率大約為0.95弧度/秒的基本上穩(wěn)定的、重復(fù)的正弦曲線。曲線圖124表示示范性的目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120在頻域中的實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以弧度/秒為單位的頻率。曲線圖124將信號(hào)120表示成具有大約為1的振幅和在大約0.95弧度/秒的頻率峰值。
乘法器94接收噪聲信號(hào)170。噪聲信號(hào)170表示無(wú)法與目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120區(qū)分的噪聲。乘法器94把噪聲信號(hào)170乘以一個(gè)因子來(lái)產(chǎn)生相乘后的噪聲信號(hào)200。該因子的實(shí)例包括常數(shù)，例如一、二或三。放大噪聲信號(hào)170的目的是為了有意地組合重要的噪聲分量和包含目標(biāo)頻率的信號(hào)，以此來(lái)估計(jì)振蕩器92區(qū)分目標(biāo)頻率和噪聲的可行性。
圖13是可以用于系統(tǒng)90(圖11所示)的示范性噪聲信號(hào)170的圖形表示。曲線圖172表示示范性噪聲信號(hào)170在時(shí)域中的實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以秒為單位的時(shí)間。曲線圖172將信號(hào)170表示為具有變化的振幅和頻率的不穩(wěn)定的隨機(jī)曲線。曲線圖174表示示范性噪聲信號(hào)170在頻域中的實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以弧度/秒為單位的頻率。曲線圖174將信號(hào)170表示成具有變化的振幅和頻率的頻譜。注意到，曲線圖174中所示噪聲信號(hào)170的振幅可以表示在一個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)時(shí)的靜態(tài)透視圖，而多個(gè)噪聲分量振幅在系統(tǒng)90中可以是動(dòng)態(tài)的。還注意到，在大約為0.95弧度/秒時(shí)頻譜振幅大于1，1為信號(hào)120的振幅。如上所述的伴隨著乘法器94的狀態(tài)會(huì)促進(jìn)在相乘后的噪聲信號(hào)200下“埋藏”后來(lái)的目標(biāo)頻率。
加法器96把相乘后的噪聲信號(hào)200與目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120相加，以此產(chǎn)生輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202，該輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202包括放大的噪聲分量和目標(biāo)頻率分量。
當(dāng)開關(guān)106連接到端子114時(shí)，振蕩器92接收預(yù)定等于0的輸入信號(hào)204，即不存在信號(hào)。而且，振蕩器92不接收輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202。振蕩器92以一個(gè)固有頻率進(jìn)行振蕩，如上所述地由操作者選擇多個(gè)預(yù)定參數(shù)來(lái)確定該固有頻率。輸出信號(hào)206包括該固有頻率。在此情況下，開關(guān)104的位置是無(wú)關(guān)的。
圖14是可以用于系統(tǒng)90(圖11所示)的示范性振蕩器固有頻率輸出信號(hào)206的圖形表示。曲線圖201表示振蕩器固有頻率輸出信號(hào)206在時(shí)域中的實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以秒為單位的時(shí)間。曲線圖201將信號(hào)206表示成振幅大約為1和頻率大約為1弧度/秒的基本上穩(wěn)定的、重復(fù)的正弦曲線。曲線圖203表示振蕩器固有頻率輸出信號(hào)206在頻域中的實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以弧度/秒為單位的頻率。曲線圖203將信號(hào)206表示成具有大約為1的振幅和在大約為1弧度/秒時(shí)的頻率峰值。
當(dāng)開關(guān)104連接到端子110時(shí)，乘法器94接收等于0的輸入信號(hào)204，并輸出相乘后的噪聲信號(hào)200，它也為0。當(dāng)接收到相乘后的噪聲信號(hào)200時(shí)，加法器96把信號(hào)200與目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120相加，以產(chǎn)生輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202。在此情況下，當(dāng)相乘后的噪聲信號(hào)200等于0時(shí)，輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202與目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120相同。當(dāng)開關(guān)106連接到端子112時(shí)，振蕩器92接收輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202。當(dāng)接收輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202時(shí)，振蕩器92使其振蕩頻率與信號(hào)202的頻率同步，如上所述，在此情況下，該信號(hào)基本上等于目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120，并且產(chǎn)生輸出復(fù)合信號(hào)206，該輸出復(fù)合信號(hào)206具有基本上類似于目標(biāo)頻率的頻率。
圖15是在輸入信號(hào)202只包括輸入時(shí)鐘信號(hào)120分量時(shí)可以用于系統(tǒng)90(圖11所示)的示范性振蕩器輸出復(fù)合信號(hào)206的圖形表示。曲線圖205表示振蕩器輸出復(fù)合信號(hào)206在時(shí)域中的實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以秒為單位的時(shí)間。曲線圖205將信號(hào)206表示成振幅大約為1和頻率大約為0.95弧度/秒的基本上穩(wěn)定的、重復(fù)的正弦曲線。曲線圖207表示振蕩器輸出復(fù)合信號(hào)206在頻域中的實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以弧度/秒為單位的頻率。曲線圖207將信號(hào)206表示成具有大約為1的振幅和在大約0.95弧度/秒時(shí)的頻率峰值。
當(dāng)開關(guān)104連接到端子108時(shí)，乘法器94接收振蕩噪聲信號(hào)170，并如上所述把信號(hào)170與一個(gè)因子相乘以產(chǎn)生相乘后的振蕩噪聲信號(hào)200，以使得噪聲信號(hào)200在或接近目標(biāo)頻率的振幅在信號(hào)202的噪聲分量中比在信號(hào)202的任何其它分量中大，即目標(biāo)頻率被“埋藏”。加法器96把相乘后的振蕩噪聲信號(hào)200與目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120相加，并輸出輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202。當(dāng)開關(guān)106連接到端子112時(shí)，振蕩器92接收輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202。當(dāng)接收輸入復(fù)合振蕩信號(hào)202時(shí)，振蕩器92使其振蕩頻率與信號(hào)202的頻率同步，在此情況下，該信號(hào)202基本上等于目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120，并且產(chǎn)生輸出復(fù)合振蕩信號(hào)206，該輸出復(fù)合振蕩信號(hào)206具有基本上類似于目標(biāo)頻率的頻率。信號(hào)206進(jìn)一步從噪聲分量區(qū)分出的目標(biāo)頻率分量。此外，信號(hào)206表示經(jīng)過(guò)頻率調(diào)整的信號(hào)202。
圖16是可以用于系統(tǒng)90(圖11所示)的示范性振蕩器輸出信號(hào)206的圖形表示，其表示在頻率調(diào)整后的輸出復(fù)合信號(hào)206。曲線圖208表示示范性振蕩器頻率調(diào)整輸出復(fù)合信號(hào)206在時(shí)域中的實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以秒為單位的時(shí)間。曲線圖208將信號(hào)206表示成振幅大約為1和頻率大約為0.95弧度/秒的基本上穩(wěn)定的、重復(fù)的正弦曲線。曲線圖209表示示范性振蕩器頻率調(diào)整輸出復(fù)合信號(hào)206在頻域中的實(shí)例。在縱坐標(biāo)上表示振幅，在橫坐標(biāo)上表示以弧度/秒為單位的頻率。曲線圖209將信號(hào)206表示成振幅略小于1，即，大約為0.8，并具有基本上接近于0.95弧度/秒的頻率峰值，并在0.95弧度/秒的任一側(cè)具有較小峰值。
圖17是可以用于系統(tǒng)90(圖11所示)的振蕩器92的示范實(shí)施例的方框圖。振蕩器92包括多個(gè)積分器260和262、三角函數(shù)裝置100、靜力矩乘法器264、乘法器266、多個(gè)加法器268和270、負(fù)阻尼乘法器272和逆慣性乘法器274。靜力矩乘法器264、負(fù)阻尼乘法器272和逆慣性乘法器274都可以包括一個(gè)放大器。
當(dāng)接收到輸入復(fù)合信號(hào)202時(shí)，乘法器266把信號(hào)202乘以靜力矩乘法器輸出信號(hào)282以輸出乘法器輸出信號(hào)284。加法器268接收乘法器輸出信號(hào)284和負(fù)阻尼乘法器輸出信號(hào)286，并把信號(hào)284和信號(hào)286相加來(lái)產(chǎn)生一個(gè)加法器輸出信號(hào)288。當(dāng)接收到加法器輸出信號(hào)288時(shí)，逆慣性乘法器274把信號(hào)288乘以振蕩器92的慣性I的倒數(shù)1/I，以此產(chǎn)生逆慣性乘法器輸出信號(hào)290。積分器260接收逆慣性乘法器輸出信號(hào)290，求信號(hào)290在時(shí)間t上的積分以產(chǎn)生積分器輸出信號(hào)292。當(dāng)接收到積分器輸出信號(hào)292時(shí)，加法器270把信號(hào)292與振蕩器92的振蕩頻率f的負(fù)值294相加，并輸出加法器輸出信號(hào)296。負(fù)阻尼乘法器272接收加法器輸出信號(hào)296，把信號(hào)296乘以振蕩器92的阻尼D的負(fù)值，并產(chǎn)生負(fù)阻尼乘法器輸出信號(hào)286。當(dāng)接收到積分器輸出信號(hào)292時(shí)，積分器262求信號(hào)292在時(shí)間t上的積分以產(chǎn)生積分器輸出信號(hào)298。三角函數(shù)裝置100接收積分器輸出信號(hào)298，并對(duì)信號(hào)298執(zhí)行三角函數(shù)，以此產(chǎn)生輸出復(fù)合信號(hào)206。當(dāng)接收到輸出復(fù)合信號(hào)206時(shí)，靜力矩乘法器264把信號(hào)206乘以振蕩器92的靜力矩w，以此輸出靜力矩乘法器輸出信號(hào)282。
注意到，端子314包括一個(gè)開關(guān)，該開關(guān)在一個(gè)時(shí)間t時(shí)將積分器輸出信號(hào)292連接到積分器262，在另一個(gè)時(shí)間t時(shí)將積分器輸出信號(hào)292連接到加法器270。
在示范實(shí)施例中，振蕩器92如下表示I*d2u/dt2+D*(du/dt-f)＝w*sin(u)*input complex signal 202，(5)其中“*”表示乘法運(yùn)算，sin(u)是輸出復(fù)合振蕩信號(hào)206，d/dt表示關(guān)于時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)，u是角變量輸出，例如振蕩器92的振蕩。振蕩器92的調(diào)節(jié)參數(shù)包括以上定義的I、D、f和w。調(diào)節(jié)這些參數(shù)的目的是為了偏離振蕩器92使其基本上以一個(gè)特定的目標(biāo)頻率來(lái)振蕩。可以通過(guò)計(jì)算機(jī)60(圖9所示)來(lái)調(diào)節(jié)這些參數(shù)。
一組將振蕩器偏離到一個(gè)特定的目標(biāo)頻率的參數(shù)實(shí)例是I＝1，D＝1，f＝1和w＝0.5。當(dāng)要求目標(biāo)輸入頻率為0.95弧度/秒時(shí)，可以將目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120調(diào)節(jié)為大約0.95弧度/秒，而且可以將f選擇為大約1弧度/秒。注意到，1弧度/秒約等于0.95弧度/秒且位于上述數(shù)量級(jí)內(nèi)。對(duì)于另一個(gè)實(shí)例，當(dāng)再一次要求目標(biāo)輸入頻率為0.95弧度/秒時(shí)，可以將目標(biāo)輸入時(shí)鐘信號(hào)120調(diào)節(jié)為大約0.95弧度/秒，而且可以將f選擇為0.90弧度/秒與1弧度/秒之間的任何增量。再一次注意到，0.9和1弧度/秒約等于0.95弧度/秒且位于上述數(shù)量級(jí)內(nèi)。
因此，當(dāng)振蕩器92接收輸入復(fù)合信號(hào)202，而且信號(hào)202的頻率約等于目標(biāo)頻率時(shí)，振蕩器92與輸入202同步，如上所述。
當(dāng)振蕩器92的輸入是上述具有0值的輸入信號(hào)204時(shí)，公式(5)變成I*d2u/dt2+D*(du/dt-f)＝0，(6)其中振蕩器92可以以上述固有頻率進(jìn)行振蕩。
圖18是可以用于系統(tǒng)90(圖11所示)的范德波爾(Van der Pol)振蕩器320的示范實(shí)施例的方框圖。范德波爾(Van der Pol)振蕩器320包括積分器260和262、輸出信號(hào)和振幅裝置322、剛度乘法器324、乘法器326、阻尼乘法器328、加法器268、加法器330和負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器(negative inverse mass multiplier)332。剛度乘法器324、負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器332和阻尼乘法器328都可以表示放大器。
當(dāng)接收到輸入范德波爾復(fù)合信號(hào)340和加法器輸出信號(hào)342時(shí)，加法器330把信號(hào)340與信號(hào)342相加以產(chǎn)生加法器輸出信號(hào)344。負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器332接收加法器輸出信號(hào)344，并把信號(hào)344乘以范德波爾(Van der Pol)振蕩器320的質(zhì)量M的倒數(shù)(1/M)的負(fù)值，以此輸出負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器信號(hào)346。當(dāng)接收負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器信號(hào)346時(shí)，積分器260求信號(hào)346在時(shí)間t上的積分以輸出積分器輸出信號(hào)348。積分器262接收積分器輸出信號(hào)348，求信號(hào)348在時(shí)間t上的積分以輸出一個(gè)輸出范德波爾復(fù)合信號(hào)350。當(dāng)接收輸出范德波爾復(fù)合信號(hào)350時(shí)，輸出信號(hào)和振幅裝置322把信號(hào)350乘以信號(hào)350的x次冪以產(chǎn)生第一結(jié)果，把信號(hào)350的參數(shù)A乘以參數(shù)A的x次冪以產(chǎn)生第二結(jié)果，從第一結(jié)果中減去第二結(jié)果來(lái)輸出一個(gè)輸出信號(hào)352。注意，x是一個(gè)整數(shù)。
乘法器326接收輸出信號(hào)352和積分器輸出信號(hào)348，把信號(hào)352乘以信號(hào)348以輸出乘法器輸出信號(hào)354。當(dāng)接收乘法器輸出信號(hào)354時(shí)，阻尼乘法器328把信號(hào)354乘以范德波爾(Van der Pol)振蕩器320的阻尼DV，以產(chǎn)生阻尼乘法器輸出信號(hào)356。剛度乘法器324接收輸出范德波爾復(fù)合信號(hào)350，把信號(hào)350乘以范德波爾(Van der Pol)振蕩器320的剛度K，以此產(chǎn)生剛度乘法器輸出信號(hào)360。當(dāng)接收到阻尼乘法器輸出信號(hào)356和剛度乘法器輸出信號(hào)360時(shí)，加法器268把信號(hào)356與信號(hào)360相加以產(chǎn)生加法器輸出信號(hào)342。
在示范實(shí)施例中，范德波爾(Van der Pol)振蕩器320如下所表示M*d2v/dt2-Dv*(o.25*A2-v2)*dv/dt+K*v＝輸入范德波爾振蕩器復(fù)合信號(hào)340(7)其中v是輸出范德波爾復(fù)合信號(hào)350，“*”表示乘法運(yùn)算，而d/dt表示關(guān)于時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)。振蕩器320的調(diào)節(jié)參數(shù)包括以上定義的M、DV、A和K。當(dāng)輸入范德波爾復(fù)合信號(hào)340為0時(shí)，公式(3)變成M*d2v/dt2-Dv*(0.25*A2-v2)*dv/dt+K*v＝0(8)注意到，端子420包括一個(gè)開關(guān)，該開關(guān)在一個(gè)時(shí)間t時(shí)將積分器輸出信號(hào)348連接到乘法器326，在另一個(gè)時(shí)間t時(shí)將積分器輸出信號(hào)348連接到積分器262。還要注意到，端子422包括一個(gè)開關(guān)，該開關(guān)在一個(gè)時(shí)間t時(shí)將輸出范德波爾復(fù)合信號(hào)350連接到剛度乘法器324，在另一個(gè)時(shí)間t時(shí)將信號(hào)350連接到輸出信號(hào)和振幅裝置322。
積分器260和262利用數(shù)字積分技術(shù)執(zhí)行關(guān)于微分公式的積分計(jì)算，其包括使用帶有變量積分步驟的四階Runga-Kutta方法。該方法包括使用計(jì)算裝置，例如計(jì)算機(jī)60(圖9所示)，通過(guò)對(duì)多個(gè)可變時(shí)間步長(zhǎng)(時(shí)間步長(zhǎng)的數(shù)目是操作者選擇的)的四個(gè)時(shí)間間隔求積分值，并且將結(jié)果相加，來(lái)對(duì)所述相關(guān)微分方程求積分。注意到，該方法還包括通過(guò)內(nèi)插來(lái)確定每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每一個(gè)時(shí)間間隔的值，其包括處理一組具有13個(gè)未知數(shù)的11個(gè)公式，其中任意選擇兩個(gè)未知數(shù)的值。執(zhí)行相關(guān)的數(shù)字積分算法會(huì)在一段延長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)使用大量重要的計(jì)算機(jī)資源，例如存儲(chǔ)器64(圖9所示)和處理器62(圖9所示)的處理能力，該延長(zhǎng)的時(shí)間段即為每次抽樣大約136秒。
圖19是系統(tǒng)500的示范實(shí)施例，該系統(tǒng)500用于從接收自電動(dòng)機(jī)502的復(fù)合信號(hào)中恢復(fù)目標(biāo)信號(hào)。系統(tǒng)500包括電流傳感器506、模-數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器510、連續(xù)積分的機(jī)器監(jiān)控系統(tǒng)(CIMMS)514和CIMMS輸出裝置700。傳感器506可以連接到電動(dòng)機(jī)502。電動(dòng)機(jī)502可以表示三相電動(dòng)機(jī)的三個(gè)電流導(dǎo)體中的一個(gè)，但并不局限于此。電流傳感器506可以表示一個(gè)變流器，但并不局限于此，該變流器檢測(cè)流向電動(dòng)機(jī)502的電流，包括電流變化。作為選擇，可以使用一個(gè)鉗位電流傳感器來(lái)測(cè)量電流。由電動(dòng)機(jī)502操作狀態(tài)的變化來(lái)產(chǎn)生這樣的信號(hào)變化，例如電動(dòng)機(jī)502中的負(fù)載變化。
連續(xù)積分的機(jī)器監(jiān)控系統(tǒng)(CIMMS)514可以多個(gè)硬件部件和軟件程序的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。CIMMS 514接收并分析多個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)確定多個(gè)機(jī)器和/或使用這些機(jī)器的多個(gè)處理過(guò)程的現(xiàn)有的操作狀態(tài)。CIMMS 514使用來(lái)自用于每個(gè)機(jī)器的各個(gè)傳感器的直接測(cè)量數(shù)據(jù)和來(lái)自所有或部分傳感器的導(dǎo)出量。使用預(yù)定分析規(guī)則的CIMMS 514判斷機(jī)器的故障或即將發(fā)生的故障。CIMMS 514進(jìn)一步用于執(zhí)行關(guān)于機(jī)器組合的趨勢(shì)分析和按照多種格式顯示數(shù)據(jù)和/或趨勢(shì)，以便為CIMMS 514的用戶提供一種快速解釋由CIMMS 514提供的健康評(píng)價(jià)和趨勢(shì)信息的能力。
在示范實(shí)施例中，電動(dòng)機(jī)502釋放電流504，電流傳感器506將該電流504逐步減低為一個(gè)較小的電流信號(hào)。電流傳感器506檢測(cè)電流504，并將電流504轉(zhuǎn)換成模擬輸出信號(hào)508，該模擬輸出信號(hào)508具有適合于A/D轉(zhuǎn)換器510接收的形式。A/D轉(zhuǎn)換器510接收模擬輸出信號(hào)508，并把信號(hào)508從模擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。A/D轉(zhuǎn)換器510輸出數(shù)字輸入復(fù)合信號(hào)512，該數(shù)字輸入復(fù)合信號(hào)512包括多個(gè)在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)以預(yù)定速率產(chǎn)生的數(shù)字化信號(hào)508的抽樣，其中該時(shí)間周期可以稱為抽樣時(shí)間步長(zhǎng)。信號(hào)512還包括包含目標(biāo)頻率的分量和噪聲分量。目標(biāo)頻率分量可能無(wú)法與噪聲分量區(qū)分。一個(gè)目標(biāo)頻率分量的實(shí)例是流入電動(dòng)機(jī)502的交流電的固有頻率。可以在電動(dòng)機(jī)502的標(biāo)簽上顯示該固有頻率。
CIMMS 514接收來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器510的輸入復(fù)合信號(hào)512，處理輸入復(fù)合信號(hào)512，并向CIMMS輸出裝置700輸出CIMMS輸出信號(hào)698，以顯示數(shù)據(jù)和/或趨勢(shì)和/或預(yù)定操作者通知。
圖20是可以用于系統(tǒng)500(圖19所示)的CIMMS 514的示范實(shí)施例的方框圖，該CIMMS 514可以包括決策支持系統(tǒng)600。決策支持系統(tǒng)600包括基于規(guī)則的狀態(tài)監(jiān)控和診斷子系統(tǒng)610，并向CIMMS輸出裝置700進(jìn)行輸出。
基于規(guī)則的狀態(tài)監(jiān)斷和診斷子系統(tǒng)610接收輸入復(fù)合信號(hào)512，并處理該信號(hào)以在復(fù)合信號(hào)512中區(qū)分目標(biāo)頻率分量和噪聲分量，對(duì)目標(biāo)頻率執(zhí)行一組診斷性評(píng)價(jià)，并向CIMMS輸出裝置700輸出CIMMS輸出信號(hào)698用于顯示數(shù)據(jù)和/或趨勢(shì)和/或預(yù)定操作者通知。
圖21是可以存在于決策支持子系統(tǒng)514(圖20所示)中的基于規(guī)則的狀態(tài)監(jiān)控和診斷子系統(tǒng)610的示范實(shí)施例。該基于規(guī)則的狀態(tài)監(jiān)控和診斷子系統(tǒng)610包括多個(gè)頻率整流器620。該多個(gè)頻率整流器620包括電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度頻率整流器和提取裝置630?；谝?guī)則的狀態(tài)監(jiān)控和診斷子系統(tǒng)610進(jìn)一步包括電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控和診斷性規(guī)則組合680，該電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控和診斷性規(guī)則組合680進(jìn)一步包括一個(gè)變短的旋轉(zhuǎn)比較器規(guī)則682和一個(gè)斷開的轉(zhuǎn)子狹鋼條比較器規(guī)則688，但是不限于此。向CIMMS輸出裝置700輸出來(lái)自比較器規(guī)則的輸出。
由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度頻率整流器和提取裝置630接收輸入復(fù)合信號(hào)512，處理該信號(hào)以在復(fù)合信號(hào)512中區(qū)分目標(biāo)頻率分量和噪聲分量。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度頻率整流器和提取裝置630向電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控和診斷性規(guī)則組合680輸出一個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度信號(hào)678。將電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度信號(hào)678輸入到變短的旋轉(zhuǎn)比較器規(guī)則682和斷開的轉(zhuǎn)子狹鋼條比較器規(guī)則688。比較器規(guī)則682和688對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度信號(hào)678執(zhí)行一組診斷性評(píng)價(jià)，并向CIMMS輸出裝置700輸出一個(gè)變短的旋轉(zhuǎn)比較器規(guī)則輸出信號(hào)684和一個(gè)斷開的轉(zhuǎn)子狹鋼條比較器規(guī)則輸出信號(hào)686。
圖22是可以存在于基于規(guī)則的狀態(tài)監(jiān)控和診斷子系統(tǒng)610(圖21所示)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度頻率整流器和提取裝置630的示范實(shí)施例的方框圖。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度頻率整流器和提取裝置630包括執(zhí)行電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度頻率調(diào)整的范德波爾(Van der Pol)振蕩器632，以及執(zhí)行電動(dòng)機(jī)行速度頻率提取的快速傅立葉變換(FFT)函數(shù)裝置672。
在圖22中包括了稱為范德波爾(Van der Pol)振蕩器632的示范性振蕩器的示范實(shí)施例。范德波爾(Van der Pol)振蕩器632包括積分器646和650、輸出信號(hào)和振幅裝置656、線性剛度乘法器654、乘法器660、非線性阻尼乘法器664、第一加法器634、第二加法器638和負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器642。線性剛度乘法器654、負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器642和非線性阻尼乘法器664都可以表示一個(gè)放大器。乘法器660可以包括一個(gè)調(diào)制器。
第一加法器634把輸入復(fù)合信號(hào)512與線性剛度乘法器輸出信號(hào)668相加，并輸出第一加法器輸出信號(hào)636，該第一加法器輸出信號(hào)隨后輸入到第二加法器638。第二加法器636把第一加法器輸出信號(hào)636與非線性阻尼乘法器輸出信號(hào)666相加，并輸出該總和作為第二加法器輸出信號(hào)640給負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器642。
負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器642接收第二加法器輸出信號(hào)640，并把信號(hào)640乘以范德波爾(Van der Pol)振蕩器632的質(zhì)量參數(shù)M的倒數(shù)(1/M)的負(fù)值，以此輸出負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器輸出信號(hào)644。當(dāng)接收負(fù)質(zhì)量倒數(shù)乘法器輸出信號(hào)644時(shí)，第一積分器646求信號(hào)644在時(shí)間t上的積分以輸出第一積分器輸出信號(hào)648。第二積分器650接收第一積分器輸出信號(hào)648，第二積分器650求信號(hào)648在時(shí)間t上的積分以輸出一個(gè)范德波爾(Van der Pol)振蕩器復(fù)合輸出信號(hào)652。當(dāng)接收范德波爾(Van der Pol)振蕩器復(fù)合輸出信號(hào)652時(shí)，輸出信號(hào)和振幅裝置656把信號(hào)652乘以信號(hào)652的x次冪(signal 652raised to a power x)以產(chǎn)生第一結(jié)果，把信號(hào)652的參數(shù)A乘以參數(shù)A的x次冪，并將該乘積乘以0.25以產(chǎn)生第二結(jié)果，從第一結(jié)果中減去第二結(jié)果來(lái)輸出一個(gè)輸出信號(hào)和振幅裝置輸出信號(hào)658。注意x是一個(gè)整數(shù)。
乘法器660接收輸出信號(hào)658和第二積分器輸出信號(hào)648，把信號(hào)658乘以信號(hào)648以輸出乘法器輸出信號(hào)662。當(dāng)接收乘法器輸出信號(hào)662時(shí)，非線性阻尼乘法器664把信號(hào)662乘以范德波爾(Van der Pol)振蕩器632的阻尼參數(shù)DV，以此產(chǎn)生非線性阻尼乘法器輸出信號(hào)666。
線性剛度乘法器654接收范德波爾(Van der Pol)振蕩器復(fù)合輸出信號(hào)652，并把信號(hào)652乘以范德波爾(Van der Pol)振蕩器632的剛度參數(shù)K，以此產(chǎn)生線性剛度乘法器輸出信號(hào)668。
注意到，可選實(shí)施例可以包括一個(gè)開關(guān)，該開關(guān)在一個(gè)時(shí)間t時(shí)將第一積分器輸出信號(hào)648連接到乘法器660，在另一個(gè)時(shí)間t時(shí)將第一積分器輸出信號(hào)648連接到第二積分器650。該可選實(shí)施例進(jìn)一步包括一個(gè)開關(guān)，該開關(guān)在一個(gè)時(shí)間t將范德波爾振蕩器復(fù)合輸出信號(hào)652連接到線性剛度乘法器654，在另一個(gè)時(shí)間t將信號(hào)652連接到輸出信號(hào)和振幅裝置656。
在示范實(shí)施例中，范德波爾(Van der Pol)振蕩器632如下所表示M*d2v/dt2-Dv*(0.25*A2-v2)*dv/dt+K*v＝輸入范德波爾(Van der Pol)振蕩器復(fù)合信號(hào)512(7)其中v是范德波爾(Van der Pol)復(fù)合輸出信號(hào)652，“*”表示乘法運(yùn)算，而d/dt表示關(guān)于時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)。振蕩器632的可調(diào)節(jié)參數(shù)包括以上定義的M、DV、A和K。當(dāng)輸入的范德波爾復(fù)合信號(hào)512為0時(shí)，公式(3)變成M*d2v/dt2-Dv*(0.25*A2-v2)*dv/dt+K*v＝0，(8)其中范德波爾(Van der Pol)振蕩器320可以以上述固有頻率進(jìn)行振蕩。
在示范實(shí)施例中，第一積分器646和第二積分器650利用數(shù)字積分技術(shù)，通過(guò)帶有固定積分步長(zhǎng)的四階Runge-Kutta方法來(lái)執(zhí)行關(guān)于微分公式的加速積分計(jì)算。該方法包括使用上述計(jì)算裝置，通過(guò)對(duì)于單個(gè)的、固定時(shí)間步長(zhǎng)(time step)的四個(gè)間隔的值進(jìn)行數(shù)字積分，來(lái)對(duì)相關(guān)的微分方程積分。在示范實(shí)施例中，該單個(gè)的、固定時(shí)間步長(zhǎng)可以基本上類似于上述A/D轉(zhuǎn)換器510的抽樣時(shí)間步長(zhǎng)。與上述使用變化的積分步長(zhǎng)相比，利用單個(gè)的、固定時(shí)間步長(zhǎng)執(zhí)行相關(guān)的數(shù)字積分算法減少了所執(zhí)行的內(nèi)插次數(shù)。減少內(nèi)插次數(shù)可以減少執(zhí)行相關(guān)算法所使用的計(jì)算資源的數(shù)量，例如存儲(chǔ)器54(圖6所示)和處理器50(圖6所示)的處理能力。隨后，可以將處理時(shí)間從每次抽樣大約136秒減小為每次抽樣大約0.5秒。
FFT函數(shù)裝置672接收范德波爾振蕩器復(fù)合輸出信號(hào)652，并對(duì)信號(hào)652運(yùn)用傅立葉變換函數(shù)，把信號(hào)652從時(shí)域變換到頻域來(lái)提取目標(biāo)頻率。FFT函數(shù)裝置672向電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控和診斷性規(guī)則組合680輸出在頻域中的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間信號(hào)678。
在此描述的頻率調(diào)整方法和系統(tǒng)促進(jìn)區(qū)分目標(biāo)頻率。更具體地說(shuō)，振蕩器內(nèi)的加速的積分器可以加速處理機(jī)器監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。因此，可以減輕計(jì)算資源的負(fù)擔(dān)和減少對(duì)操作者的信息傳送時(shí)間延遲，以此來(lái)更及時(shí)地進(jìn)行決策。
盡管在此描述和/或舉例說(shuō)明的方法和系統(tǒng)是根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)描述和/或舉例說(shuō)明的，但是更具體地說(shuō)，在此描述和/或舉例說(shuō)明的電動(dòng)機(jī)、方法和系統(tǒng)的實(shí)踐通常不局限為電動(dòng)機(jī)或旋轉(zhuǎn)電機(jī)。相反地，在此描述和/或舉例說(shuō)明的方法和系統(tǒng)適用于監(jiān)控任何機(jī)器上任何部件的任何參數(shù)。
以上詳細(xì)地描述了狀態(tài)監(jiān)控方法的示范實(shí)施例。該方法并不局限為在此所述的特定實(shí)施例或正在監(jiān)控的特定部件，而是可以獨(dú)立地與在此所描述的其他方法分開使用，或者來(lái)監(jiān)控在此沒(méi)有描述的其他部件。例如，利用在此所描述的方法還可以監(jiān)控其他電動(dòng)機(jī)部件。
雖然根據(jù)各個(gè)特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技人員了解可以在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。
部件列表





權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控機(jī)器(32)狀態(tài)的方法，該方法包括接收來(lái)自機(jī)器的輸入復(fù)合信號(hào)(48)，其中該輸入復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量，該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量；處理該輸入復(fù)合信號(hào)并產(chǎn)生輸出復(fù)合信號(hào)(50)，該輸出復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量，該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量，其中所述處理該輸入復(fù)合信號(hào)包括執(zhí)行固定步進(jìn)積分；以及處理該輸出復(fù)合信號(hào)來(lái)評(píng)定是否存在故障。
2.一種監(jiān)控系統(tǒng)(500)，包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(510)，用于將從機(jī)器接收的模擬的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字的輸入復(fù)合信號(hào)(512)，其中該輸入復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量，該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量；頻率整流器(620)，其帶有多個(gè)加速的積分算法，并用于處理該輸入復(fù)合信號(hào)和產(chǎn)生輸出復(fù)合信號(hào)(652)，其中該輸出復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量，該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量；至少一個(gè)頻率提取裝置，其包括至少一個(gè)從時(shí)域到頻域的轉(zhuǎn)換器；以及監(jiān)控(600)和診斷(610)子系統(tǒng)，用于處理從所述頻率整流器輸出的輸出復(fù)合信號(hào)來(lái)評(píng)定是否存在故障。
3.按照權(quán)利要求12所述的監(jiān)控系統(tǒng)(500)，其中所述頻率整流器(620)包括至少一個(gè)振蕩器(632)。
4.按照權(quán)利要求13所述的監(jiān)控系統(tǒng)(500)，其中所述振蕩器(632)包括所述多個(gè)加速的積分算法。
5.按照權(quán)利要求14所述的監(jiān)控系統(tǒng)(500)，其中所述多個(gè)加速的積分算法包括一個(gè)用于積分的固定時(shí)間步長(zhǎng)算法，該固定時(shí)間步長(zhǎng)算法包括一個(gè)具有單個(gè)固定時(shí)間步長(zhǎng)的四階尤格-庫(kù)塔(Runge-Kutta)積分模型。
6.按照權(quán)利要求12所述的監(jiān)控系統(tǒng)(500)，其中所述至少一個(gè)頻率提取裝置進(jìn)一步包括快速傅立葉變換。
7.按照權(quán)利要求12所述的監(jiān)控系統(tǒng)(500)，其中監(jiān)控(600)和診斷(610)子系統(tǒng)包括一個(gè)基于規(guī)則的決策支持子系統(tǒng)，該基于規(guī)則的決策支持子系統(tǒng)包括至少一個(gè)比較器(682)，該比較器包括至少一個(gè)預(yù)定值，將所述預(yù)定值設(shè)置為與所述輸出復(fù)合信號(hào)(652)中包含的所述目標(biāo)頻率的振幅進(jìn)行比較。
8.一種頻率調(diào)整系統(tǒng)(30)，包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(36)，用于將從機(jī)器(32)接收的模擬的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字的輸入復(fù)合信號(hào)(48)，其中該輸入復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量，該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量；以及頻率整流器(620)，其帶有多個(gè)加速的積分算法，并用于處理該輸入復(fù)合信號(hào)和產(chǎn)生一個(gè)輸出復(fù)合信號(hào)，其中該輸出復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量，該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量。按照權(quán)利要求18所述的頻率調(diào)整系統(tǒng)(30)，其中頻率整流器(620)包括振蕩器(92)，該振蕩器包括所述多個(gè)加速的積分算法。
9.按照權(quán)利要求19所述的頻率調(diào)整系統(tǒng)(30)，其中所述多個(gè)加速的積分算法包括一個(gè)用于積分的固定時(shí)間步長(zhǎng)算法，該固定時(shí)間步長(zhǎng)算法包括一個(gè)帶有單個(gè)固定時(shí)間步長(zhǎng)的四階尤格-庫(kù)塔(Runge-Kutta)積分模型。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種監(jiān)控機(jī)器(32)的狀態(tài)的方法。該方法接收來(lái)自機(jī)器的輸入復(fù)合信號(hào)(48)，其中該輸入復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量。該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量。該方法進(jìn)一步包括處理該輸入復(fù)合信號(hào)并產(chǎn)生輸出復(fù)合信號(hào)(50)，該輸出復(fù)合信號(hào)包括多個(gè)信號(hào)分量。該多個(gè)信號(hào)分量包括至少一個(gè)包含預(yù)定目標(biāo)頻率的信號(hào)分量和至少一個(gè)包含噪聲的信號(hào)分量。處理該輸入復(fù)合信號(hào)包括執(zhí)行一個(gè)固定步進(jìn)積分和處理輸出復(fù)合信號(hào)來(lái)評(píng)定是否存在故障。
文檔編號(hào)G05B19/048GK101042426SQ200610064380
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月10日
發(fā)明者A·佩特徹內(nèi), O·馬拉霍瓦, J·W·格蘭特, N·B·里特雷爾, C·T·哈特奇 申請(qǐng)人:通用電氣公司