开放式故障诊断构架及动态测试分析方法研究
【摘要】：现代化工业中设备集成度和自动化程度的快速提高决定生产设备的安全无故障运行是人们生命财产安全的首要前提,是激烈市场竞争中企业降低生产成本的主要努力方向。本课题针对机械设备状态监测和故障诊断数据类型多、量大,专业要求高等特点,提出在线监测与离线监测的集成化设计理念,以异地诊断支持系统为模型构建开放式故障诊断平台,突破空间和时间的限制,充分利用有限的专家资源,实现测点数据的统一管理和高效调度。
开放式故障诊断平台的分布式测量前端——嵌入式动态信号测试及分析系统依托于现代计算机技术和电子技术的迅猛发展,将数字信号处理器和嵌入式操作系统Microsoft XP Embedded(XPE)成功引入机械故障诊断系统中,充分发挥DSPLIB在百兆时钟下高速信号分析功能,并用XPE为系统定制微型操作系统内核,大大降低系统对硬件和软件的依赖性。应用基于注册表保护的EWF系统保护,防止系统被恶意改写,提升其可靠性。
机械设备故障具有很强的偶然性和突发性,需要连续监测分析。本文提出时变连续信号采集技术,数据采集卡采用环形内存池分段内存操作模式,用户缓冲空间建立二维缓冲队列,有效防止数据堵塞。采集软件以多线程模式并行搬运、处理数据,实现测试数据不丢点存盘和离线数据截取重构,完成便携式故障诊断设备的一次革新。
模式分解技术是一种新的非线性非平稳信号的分析方法,可以根据信号自身的时间特征尺度进行自适应分解,得到若干个基本模式分量。本文应用基于环形内存池模式的时变连续信号采集技术获取数据,对信号进行双边延拓,可有效抑制因边界不连续而产生的畸变效应,大大提高数据两端的分解精度。
机械设备大多为非线性系统,因此状态监测信号中存在大量的非线性、非平稳信号。工程应用中,这些信号往往淹没在周围的噪声之中,难以提取分析。本文在大参数信号的变尺度随机共振方法研究的基础上,提出自适应扫频随机共振算法,通过动态改变采样频率和双稳态系统的结构参数,实现强噪声下的微弱信号的自动提取,并取得了良好的实验效果。
【关键词】：故障诊断 开放式构架 数字信号处理器 连续信号采集 嵌入式XP 经验模式分解边界处理 自适应扫频随机共振 【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH17
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2006.050005
【目录】：
- 第一章 绪论9-22
- 1.1 选题意义9-10
- 1.2 状态监测与故障诊断技术10-17
- 1.2.1 故障信息的提取12-13
- 1.2.2 信号分析及特征参数提取13-15
- 1.2.3 故障机理及诊断决策技术15-17
- 1.3 状态监测和故障诊断设备的应用现状和发展17-19
- 1.3.1 状态监测和故障诊断设备的应用现状17-18
- 1.3.2 状态监测和故障诊断设备的发展趋势18-19
- 1.4 课题的提出及研究意义19-20
- 1.5 论文的主要研究内容20-22
- 第二章 开放式故障诊断平台22-35
- 2.1 前言22-23
- 2.2 开放式故障诊断平台组成及体系结构23-27
- 2.2.1 典型诊断支持系统23-24
- 2.2.2 基于网络的异地诊断支持系统(NDSS)24-25
- 2.2.3 开放式故障诊断平台系统结构25-27
- 2.3 开放式故障诊断平台软件构架27-33
- 2.3.1 远程计算机分析模块28-29
- 2.3.2 数据采集模块29
- 2.3.3 数据管理模块29-30
- 2.3.4 数据库管理模块30-31
- 2.3.5 通讯模块31-33
- 2.4 集成化设计理念的实现33-34
- 2.5 本章小结34-35
- 第三章 嵌入式动态测试及信号分析系统实现原理35-58
- 3.1 前言35-36
- 3.2 嵌入式动态信号测试分析系统结构36-38
- 3.3 信号预处理模块设计38-46
- 3.3.1 信号调理38-44
- 3.3.2 抗混滤波44-46
- 3.3.3 程控增益放大器46
- 3.4 数据采集模块设计46-54
- 3.4.1 数据采集指标的确定46-48
- 3.4.2 主控芯片定型48-49
- 3.4.3 数据采集模块原理49-50
- 3.4.4 A/D与FIFO接口设计50-52
- 3.4.5 DSP程序引导装载52-53
- 3.4.6 双口RAM实现DSP和CPU之间的通讯53-54
- 3.5 主从控制模块通讯总线54-55
- 3.6 数据采集板卡驱动的定制55-57
- 3.7 本章总结57-58
- 第四章 嵌入式操作系统定制及时变连续信号采集技术58-71
- 4.1 前言58-59
- 4.2 微型嵌入式操作系统的定制59-63
- 4.2.1 XPE操作系统及其特点59
- 4.2.2 XPE的定制步骤59-61
- 4.2.3 关键技术点的实现61-63
- 4.3 时变连续信号采集技术63-70
- 4.3.1 基于多线程的时变连续信号采集63-65
- 4.3.2 数据采集程序的速度保障65-67
- 4.3.3 环形内存池及分段操作模式67-68
- 4.3.4 用户空间缓冲区处理模式68-70
- 4.4 本章总结70-71
- 第五章 基于时变连续信号采集技术的经验模式分解边界处理方法研究71-86
- 5.1 前言71-72
- 5.2 基本模式分量72-75
- 5.2.1 瞬时频率的概念72-74
- 5.2.2 基本模式分量74-75
- 5.3 经验模式分解与Hilbert-Huang变换75-79
- 5.4 真实数据延拓技术的边界处理方法研究79-82
- 5.5 实践应用举例82-85
- 5.6 本章总结85-86
- 第六章 自适应扫频随机共振信号分析方法研究86-98
- 6.1 前言86-87
- 6.2 随机共振基本原理87-90
- 6.3 大参数随机共振研究方法90-93
- 6.4 自适应扫频随机共振算法设计93-95
- 6.4.1 待测信号的频率确定93
- 6.4.2 朗之万方程势垒参数的调节93-95
- 6.5 实验验证95-97
- 6.6 结论97-98
- 第七章 结论与展望98-100
- 参考文献100-107
- 附录107-108
- 攻读博士学位期间发表的主要论文和参加的科研项目108-110
- 致谢110
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