摘 要

振动信号的处理方法是人们一直以来的研究热点，这对于设备振动监测和故障诊断具有重要意义。近年来，振动信号处理方法得到了快速发展，但仍需不断改进和完善。所以本文对近年来的文献进行了分类总结，分别对传统方法和现代方法进行了整理和归纳，最后作出了总结并做出了对于利用MATLAB GUI创立振动信号分析系统可能性与前景的分析，最终建立一个基于MATLAB GUI的振动信号分析系统。

关键词：振动信号；处理方法；传统方法；现代方法

The vibration signal analysis system based on MATLAB GUI

Abstract：The method of vibration signal processing has been the focus of research, which is important for vibration monitoring and fault diagnosis of equipment. In recent years, the method of vibration signal processing has been developed rapidly, but it still needs to be improved and perfected. So this paper sums up the recent literature on traditional methods and modern methods are summarized and reviewed, finally summarized and made for analysis by MATLAB GUI founded the vibration signal analysis of the possibility and Prospect of the system, the eventual establishment of a vibration signal analysis system based on GUI MATLAB.

Keywords：vibration signal；processing method；traditional method

目录

1 绪论 1

1.1研究目的与意义 1

1.2国内外研究方法与现状 2

1.3本论文重要研究内容 2

2 振动信号处理的基本概念 3

2.1振动的描述 3

2.1.1周期振动 3

2.1.2非周期振动 4

2.1.3随机振动 4

2.2振动信号处理的基本内容 4

2.2.1振动信号的预处理 4

2.2.2数字滤波 5

2.2.3振动信号的时域处理 6

2.2.4振动信号的频域处理 6

2.3傅里叶变换 6

3 基于MATLAB GUI振动信号分析系统的设计 8

3.1振动信号分析系统的界面设计 8

3.2振动信号预处理方法及程序 15

3.2.1最小二乘法消除多项式趋势项 15

3.2.2五点滑动平均法平滑处理 16

3.2.3滑动平均法消除趋势项 19

3.2.4五点三次平滑法 21

3.3振动信号的时域处理 23

3.3.1 IIR数字滤波器 23

3.3.2 FIR数字滤波器 26

3.3.3对于随机信号的时域处理 28

3.4振动信号的频域处理方法 30

3.4.1数字滤波的频域处理方法 30

3.4.2对于随机信号的频域处理方法及窗函数 32

3.5对于振动信号分析系统振动分析的展示 36

3.6 振动信号处理的意义及设计此系统的意义 37

总结 1

致谢 2

参考文献： 3

1 绪论

1.1研究目的与意义

信号是信息的载体，根据振动信号信息提取测量的特点，对振动信号的处理必须采取各种有效的方法进行分析，然后通过参数检测、质量评价、状态监测和故障诊断。因此振动信号处理方法已成为科学研究的一个热点^[22]。振动信号是由非静态结构产生的信号,虽然它与一般信号有许多相似之处,但也有其自身的特点。

由激振源发出的信号被称为振动信号,振动信号又可被分为平稳和非平稳信号。无论任何结构都有其自身的特征参数。振幅、周期和相位可以体现振动信号的时域特性。

有许多方法来处理振动信号,可大致分为两类:一是传统的方法,典型的有幅值分析、傅里叶变换、相关分析等。另一种是现代的方法,如频谱分析,小波分析,盲源分离和高阶统计分析。目前,振动信号大多数都是通过相应的测试分析软件来实现的。

本项目根据教学实践中的试验数据的分析,用MATLAB软件对相应的处理程序的编写,并设计在GUI环境,可视化用户界面实现预处理、振动信号的时域分析、频域分析,更加方便简单。

MATLAB是由美国著名公司开发的大型科学计算应用系统。它提供了强大的数值计算,矩阵处理和绘图功能^[3]。MATLAB系统简单,使用方便,可靠性高,灵活性好。它已成为国际市场上领先的科研和工程应用软件。MATLAB提供给用户的是最简单的最直观的应用程序开发环境,使用MATLAB编程样排列公式和解决了微积分的问题,因此,MATLAB编程语言也被称为技术论文类型算法语言。

MATLAB系统提供的一个基本函数库，其中包含了大量的数值分析函数。在这些基本功能的帮助下,许多复杂问题的计算只能由几个简单的调用语言来解决。此外,添加一个或两个绘图指令,图形就可以及时的被显示或绘制出来。MATLAB系统还针对了不同学科提供了一系列专业的解决方案,其中就包括信号处理。通过这些不同学科和专业功能包的开发,它可以解决各个领域存在的问题,这无疑给振动信号处理程序的编制带来了极大的方便,具有广阔的应用前景。

1.2国内外研究方法与现状

国外早已开始对振动信号进行了深入的研究，并进行了大量的分析，总结出了很多独特的方法，也利用了MATLAB等软件进行了系统开发，例如德国日本等机械电子工业领先的大国，他们早就把振动信号分析的很透彻，在这些领域，他们都能够代表着当前国际的先进水平，发表的相关文章也很多，早在上个世纪，国外对于振动信号研究就琢磨出来了一系列方法，幅值域分析法、傅里叶变换和相关分析等。但国内对于振动信号的分析系统研究还并不是很深入，并鲜见类似的文章报道，其中比较出名的有孙苗钟和赵鹏，他们用GUI功能建立图形界面的过程和实现部分功能的编程语言,用实例演示和证实了有关振动信号功能处理的结果。目前，此类研究大多活跃在中国的几所知名大学和研究所中，具有很大的研究前景。

1.3本论文重要研究内容

本文将基于MATLAB GUI设计一款教学用的振动信号分析系统。论文的具体研究内容如下 ：

（1）基于MATLAB的信号处理工具箱以及 MATLAB函数库功能，开发振动信号数据分析系统。