循环平稳信号分析方法在旋转机械设备状态监测和故障诊断中的应用

旋转机械设备是现代社会中不可或缺的重要组成部分，广泛应用于航空航天、汽车制造、电力系统等领域。然而，由于旋转机械设备的复杂性和工作环境的恶劣性，其运行过程中可能出现各种故障，导致设备性能下降甚至发生事故。因此，对旋转机械设备进行状态监测和故障诊断具有重要的实际意义。

特征提取技术是旋转机械设备状态监测和故障诊断的关键问题之一。故障特征捕捉的好坏直接关系到故障诊断的准确率和故障早期预报的可靠性。而特征提取技术的发展在很大程度上又取决于信号处理新理论、新方法的出现。现代信号分析与处理技术的本质从整体上来说可以用七个“非”字加以高度的概括，即：非线性、非因果、非最小相位系统、非高斯、非平稳、非整数维(分形)信号和非白色的加性噪声(有色噪声),随着各种新的信号处理方法的引入，如时频分析、小波分析、非线性时间序列分析等等，振动信号分析方法在非线性、非高斯、非最小相位信号处理方面有了一定的进步。这些特征提取技术及其相应的模式识别方法已经取得了初步成效，带来了一定的社会和经济效益。

然而，现有的特征提取技术并未或无法充分考虑到旋转机械设备固有的周期时变特性。由于旋转机械设备自身的物理结构、运转机制等因素所导致的周期时变特征是其一种固有的属性，且与系统本身的物理参量有着内在的联系。旋转机械的运行特点决定了其振动信号具有一定的周期性，当出现异常或发生故障时，一般还会表现出非平稳性，两者叠加就形成了带有周期性的非平稳信号。为了解决这类具有典型特征的信号分析问题，人们开始寻求新的信号处理方法。于是，循环平稳信号分析方法出现了。

循环平稳信号分析方法是一种基于循环统计量的时频分析方法，它能够有效地处理具有周期性和非平稳性的信号。这种方法的基本思想是将信号分解为一系列相互独立的循环分量，然后对每个循环分量进行时频分析。循环平稳信号分析方法具有许多优点，例如：能够有效地处理具有周期性和非平稳性的信号；能够提供较高的时频分辨率；