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《天津大学》 2008年
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微弱信号检测及机械故障诊断系统研究

徐春生  
【摘要】: 在机械设备故障诊断中,信号处理算法起着至关重要的作用,如何从含有噪声的混合信号中尽可能还原真实信号、如何从背景噪声中检测微弱故障特征信号等都是需要重点研究的课题。故障诊断系统完成信号采集、信号分析等任务,为设备维护人员作出诊断决策提供直接的依据。所以,故障诊断系统的发展直接影响到故障诊断行业的发展。本论文以机电设备为对象,对滤波、微弱信号检测以及故障诊断系统进行了研究。 对于被色噪声污染的信号,如果产生色噪声的源头是白噪声,并且白噪声是可以测量的,此时在不知道从白噪声转变到色噪声的这个非线性中间环节的情况下,应用ANFIS可以对色噪声进行逼近,从而达到滤波的目的。EMD可以将混合信号分解为一系列的IMF分量,从而将非平稳信号分解为近似平稳信号。将含噪信号先用EMD进行处理,再对IMF分量所含的色噪声应用ANFIS实现非线性逼近,仿真结果表明,这种结合可以提高滤波的精度。而且由于EMD也是一种独立于信号特性的自适应方法,所以不会影响滤波的整体自适应性。 非均匀采样可以突破采样定理的限制,但是由于采样时刻的伪随机性,幅值低于强信号幅值10%的弱信号的频率在非均匀采样的频谱中不能被识别出来。利用独立分量分析对信号幅值不敏感而只对信号是否正交敏感的特性,在非均匀采样的频谱识别中引入FastICA算法,通过构造虚拟通道信号的方法,成功的在非均匀采样的频谱中提取出了弱信号的频率。 针对非均匀采样的缺点,将一种新的从均匀分布白噪声中提取弱正弦信号的算法引入,在非均匀采样的频谱中成功检测出了弱信号的频率。 开发了两套便携式故障诊断系统,一个基于片上系统和实时操作系统,具有较高的性价比;一个基于DSP和FPGA以及LabVIEW,具有接口类型较多、可以实现无线通讯、系统功能在线可重构等特点。 在便携式故障诊断系统中,分别在片上系统和FPGA中,实现了EMD算法和变步长随机共振算法,为这两种算法的工程应用打下了良好的基础。在EMD算法的实现中,采用了“降阶分解”的方法,有效的解决了嵌入式系统存储空间的问题。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TH17

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 蒋永华;旋转机械非平稳信号微弱特征提取方法研究[D];重庆大学;2010年
2 陈世海;冲击地压电磁辐射前兆信息识别技术研究[D];中国矿业大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜修力;何立志;侯伟;;基于经验模态分解(EMD)的小波阈值除噪方法[J];北京工业大学学报;2007年03期
2 李洪;孙云莲;;基于EMD虚拟通道的ICA算法在信号消噪中的应用[J];北京邮电大学学报;2007年05期
3 李亚峻,李月,卢金,吕宝林;微弱信号混沌检测系统混沌阈值的确定[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年02期
4 林敏;肖艳萍;赵军;;基于小波变换和随机共振的微弱信号检测方法[J];传感技术学报;2006年03期
5 郑丹丹;张涛;;基于混沌理论的涡街微弱信号检测方法研究[J];传感技术学报;2007年05期
6 黄晓红;苏飞;王兆华;;基于单窗全相位数字滤波器和LMS准则的窗函数设计[J];传感技术学报;2007年06期
7 李延沐,袁鹏,牟磊,李彦明;基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)的变压器超高频局部放电模式识别[J];电工电能新技术;2005年04期
8 吴小培,李晓辉,孔敏,冯焕清,周荷琴;基于独立分量分析的谐波估计和消除[J];电工技术学报;2003年04期
9 杨定新,胡茑庆;基于随机共振电路模拟的微弱周期信号检测[J];电路与系统学报;2004年06期
10 孙永军,吕福平;基于小波变换相干积累的微弱信号检测[J];电子对抗技术;2003年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王脂丹;基于FPGA的遗传算法实现技术研究[D];南京航空航天大学;2006年
2 傅建湘;压缩机组在线监测系统的应用研究[D];西南石油大学;2006年
3 李亮;基于虚拟仪器技术的柴油机智能故障诊断系统的研究[D];南京农业大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘世金;刘大利;;基于仿射投影的微弱信号检测方法研究[J];阿坝师范高等专科学校学报;2012年02期
2 李祥阳;严洁;;往复机构混沌振动响应特征辩识[J];四川有色金属;2010年02期
3 张海军;;基于FPGA的16阶FIR滤波器的设计与实现[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年01期
4 孙静静;;频移随机共振在信号检测中的应用[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年01期
5 王光磊;基于模糊逻辑的PID控制器的设计[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2005年03期
6 徐达奇;曹安照;;ANFIS在企业人力资源预测中的应用[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年04期
7 杜建丽;林振山;张真真;刘会玉;;基于EMD的河北省人口净增量与粮食净增量的相关分析[J];安徽农业科学;2008年15期
8 张月丛;孟宪锋;;基于Morlet小波的河北省耕地数量动态分析[J];安徽农业科学;2008年19期
9 刘志凌;孙燕;;我国耕地保有量多时间尺度分析[J];安徽农业科学;2009年27期
10 李军;黄强;丁志华;;基于LMBP神经网络的农用车传动系齿轮故障诊断研究[J];安徽农业科学;2010年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高谦;王秀红;魏新江;;一般模糊系统作为函数逼近器的设计方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 魏立新;田学静;王洪瑞;宋阳;;基于改进型模糊聚类的模糊系统辨识方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 龙祖强;梁昔明;阎纲;陈列尊;;真值流动模糊控制算法及其在温控系统的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 钱苏翔;焦卫东;胡红生;;某海洋油气平台压缩机振动信号的时频分析与故障诊断[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 温广瑞;刘石;张西宁;李兵;;基于多传感信息的转子无试重现场动平衡方法研究[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年
6 张广军;徐健学;王珏;王相波;姚宏;;用矩方法研究一维双稳系统分岔点邻域内的随机共振[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年
7 秦卫阳;王红瑾;任兴民;;非线性恢复力耦合的振动系统同步与参数识别[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 刘小峰;秦树人;柏林;;EMD中存在的问题及解决方法探讨[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
9 秦毅;秦树人;毛永芳;;正交经验模态分解及其快速实现[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
10 何正嘉;訾艳阳;陈雪峰;王晓冬;;内积变换原理与机械故障诊断[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王婷;EMD算法研究及其在信号去噪中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴冬梅;基于达芬振子的微弱信号检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 陈非;基于过程信息融合的旋转机械信息(火用)故障诊断研究[D];华中科技大学;2010年
4 黄伟国;基于振动信号特征提取与表达的旋转机械状态监测与故障诊断研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 孙建;基于外骨骼机器人技术的人体手臂震颤抑制关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 吕宁;基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
7 赵晓丹;基于非先验函数系的信号识别[D];江苏大学;2010年
8 朱肇轩;平移不变空间采样理论的研究及应用[D];电子科技大学;2010年
9 魏恒东;混沌直扩信号检测与混沌同步研究[D];电子科技大学;2010年
10 侯者非;强噪声背景下滚动轴承故障诊断的关键技术研究[D];武汉理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张蛟龙;平面二级倒立摆的控制策略研究[D];河南理工大学;2010年
2 高昌鑫;Hilbert-Huang变换改进算法及其在齿轮箱故障诊断中的应用研究[D];河南理工大学;2010年
3 覃霖;基于FPGA的自适应FIR滤波器的实现[D];中国工程物理研究院;2009年
4 黄长辉;金属材料断口三维形貌检测与表征分析[D];南昌航空大学;2010年
5 张亮;基于小波变换与希尔伯特黄变换的心音信号分析[D];山东科技大学;2010年
6 岳莎莎;基于TMS320VC5509A的管道有源噪声控制系统研究[D];山东科技大学;2010年
7 李国伟;基于电力线载波的采煤机监控通信系统的设计[D];山东科技大学;2010年
8 董涛;生物基因调控系统和钙离子振荡体系的动力学行为研究[D];广西师范学院;2010年
9 吕勇松;基于补偿的模糊神经网络电阻炉控制系统设计与实现[D];浙江理工大学;2010年
10 李光远;基于在线聚类和最小二乘支持向量机的模糊建模方法研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘贵喜,扬万海,谢仕聘;光纤电流传感器微弱信号检测技术[J];半导体光电;1998年02期
2 李均之,曹明,夏雅琴,毛浦森;岩石压缩试验与震前电磁波辐射的研究[J];北京工业大学学报;1982年04期
3 杜修力;何立志;侯伟;;基于经验模态分解(EMD)的小波阈值除噪方法[J];北京工业大学学报;2007年03期
4 黄聪明,陈湘秀;小生境遗传算法的改进[J];北京理工大学学报;2004年08期
5 采峰;曾凤章;;产品需求量非平稳时序的ANN-ARMA预测模型[J];北京理工大学学报;2007年03期
6 崔立林;章林柯;朱海潮;栾瑞鹏;;一种多传感器信息融合的噪声源识别方法研究[J];船舶力学;2010年10期
7 刘彬;王霄;谢平;;基于小波多重分形的复杂机械故障诊断方法研究[J];传感技术学报;2006年01期
8 宋寿鹏;阙沛文;;超声信号的非线性行为及应用[J];传感技术学报;2007年01期
9 张建成;吴新杰;;形态滤波在实时信号处理中应用的研究[J];传感技术学报;2007年04期
10 戴吾蛟;丁晓利;朱建军;陈永奇;李志伟;;基于经验模式分解的滤波去噪法及其在GPS多路径效应中的应用[J];测绘学报;2006年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 王旭宏;大同矿区“三硬”煤层冲击地压发生机理研究[D];太原理工大学;2010年
3 杨力;基于小样本数据的矿井瓦斯突出风险评价[D];中国科学技术大学;2011年
4 王骏;无监督学习中聚类和阈值分割新方法研究[D];南京理工大学;2011年
5 薛洋;基于单个加速度传感器的人体运动模式识别[D];华南理工大学;2011年
6 刘松华;核矩阵低秩分解与核空间信息能度量研究及应用[D];西安电子科技大学;2011年
7 韩骏;小波熵与小波网络在多相流参数测量中的应用研究[D];天津大学;2010年
8 徐学锋;煤层巷道底板冲击机理及其控制研究[D];中国矿业大学;2011年
9 王正帅;老采空区残余沉降非线性预测理论及应用研究[D];中国矿业大学;2011年
10 吴胜强;核主元分析及证据理论的多域特征故障诊断新方法研究[D];燕山大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张杰;基于数学形态学的故障行波测距方法研究[D];昆明理工大学;2005年
2 杨勇;煤岩电磁辐射机理及在冲击地压预测中的应用研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李宏坤;练晓婷;周帅;;小波尺度谱同步平均在弱信息识别中的应用[J];机械工程学报;2013年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 吕鹏;有色噪声的特征提取及其在电动机故障诊断中的应用[D];陕西科技大学;2012年
2 唐富强;经验模式分解在机车柴油机齿轮系故障诊断中的应用研究[D];北京交通大学;2012年
3 杨鑫;列车转向架轴承服役过程监测与故障诊断系统研究[D];北京交通大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 潘永才,王子旭,游治,黄汉华,傅俊菁;数字FIR滤波器的MATLAB设计[J];半导体技术;2001年08期
2 吴豫,孟宪元;Flash编程器的FPGA实现[J];半导体技术;2003年05期
3 蒋瑜,陈循,杨雪;智能故障诊断研究与发展[J];兵工自动化;2002年02期
4 周召发,陶建忠,陈雪松,黄先祥;基于无线遥测的大型装备在线监测与故障诊断[J];兵工学报;2005年04期
5 慈建平,张卫民,那荣起,汤华;基于遗传算法的压缩机故障诊断[J];北京理工大学学报;2001年03期
6 商艳海,吴嗣亮,何佩琨;多普勒信号频域压缩算法中最佳时窗长的选择[J];北京理工大学学报;2003年01期
7 朱立军,张元培,都俊超,李宁,白乔;在LabVIEW中编写数据采集卡驱动程序不同方法的比较[J];北京工商大学学报(自然科学版);2003年02期
8 郑继明;小波变换在地震道奇异性检测中的应用[J];重庆邮电学院学报;1997年01期
9 李明,赵伟,贾维嘉;关于时频分布的一点讨论(英文)[J];船舶力学;1999年06期
10 余淑安,王长江;互相关法估计噪声中的周期信号[J];四川职业技术学院学报;2003年03期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 苏涛;并行处理技术在雷达信号处理中的应用研究[D];西安电子科技大学;1999年
2 尚勇;并行滤波算法及其脉动阵结构研究[D];西安电子科技大学;2000年
3 焦卫东;基于独立分量分析的旋转机械故障诊断方法研究[D];浙江大学;2003年
4 谷小红;声信号检测与腐蚀模型法相结合的埋地水管SIM系统研究[D];浙江大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 江波;自适应随机共振系统及小信号检测方法的研究[D];浙江大学;2003年
2 吴春英;基于FPGA的遗传算法硬件化技术的研究[D];南京航空航天大学;2004年
3 符新伟;基于高阶统计量和小波分析的特征提取[D];西北工业大学;2004年
4 彭刚;柴油机振动数据采集系统与基于分形的故障诊断研究[D];南京农业大学;2004年
5 向东;强噪声背景下弱信号特征提取的小波分析[D];武汉大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯文江,朱联祥,杨士中;GPS/INS组合系统自适应滤波算法[J];重庆大学学报(自然科学版);2002年03期
2 伦淑娴,张化光,冯健;基于神经网络的多传感器自适应滤波及其应用[J];东北大学学报(自然科学版);2003年08期
3 伍彩云,吕智奇,唐健;自适应有源消声算法的研究[J];沈阳理工大学学报;2005年02期
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5 贾晓梅;侯东明;;一种新型滤波器在电力系统中的应用[J];沈阳工程学院学报(自然科学版);2007年03期
6 陈帅;薛晓中;管雪元;孙瑞胜;;惯性/北斗双星组合导航系统研究[J];微计算机信息;2009年04期
7 董恒棣;;动态卡尔曼滤波综述[J];华章;2011年17期
8 薛正升,包为民,陈新海;绕地轨道飞船自适应GPS/SINS组合制导系统研究[J];西北工业大学学报;1997年02期
9 李翠华,郑南宁,张永平;基于低松弛迭代格式的快速自适应滤波算法[J];西安交通大学学报;1998年11期
10 丘海卫,王俊兰,查耀君,周大纲;小运算量的 AμLMS 自适应滤波算法[J];上海铁道大学学报;1998年Z2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 樊淑趁;熊诗波;;人工神经网络在采煤机故障诊断系统中的应用[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年
2 李昂;原媛;齐世友;丁亚飞;;通信对抗装备故障诊断系统的设计与实现[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年
3 鲍忠利;李涛;王彤;刘明东;;故障诊断系统在大庆采油一厂离心泵机组监测中的应用[A];设备监测与诊断技术及其应用——第十二届全国设备监测与诊断学术会议论文集[C];2005年
4 李淑芬;幺洪波;;基于模式识别故障诊断方法[A];1999年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1999年
5 周伟华;彭亦功;那晓旭;;基于Multi-Agent的故障诊断系统技术[A];中国仪器仪表学会2008学术年会第二届智能检测控制技术及仪表装置发展研讨会论文集[C];2008年
6 葛新峰;徐广文;周叶;唐澍;;水电机组故障智能诊断研究综述[A];水电设备的研究与实践——第十七次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2009年
7 郑军华;邢西哲;傅强;;液压缸故障诊断信号监测系统的研究[A];液压与气动学术研讨会论文集[C];2004年
8 郑军华;邢西哲;傅强;;液压缸故障诊断信号监测系统的研究[A];第三届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第三卷)[C];2004年
9 李千目;赵学龙;张宏;刘凤玉;;一种基于自愈策略的网络故障诊断系统[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
10 谢立强;王雪;谢志江;;组态式在线监测与故障诊断系统的研究[A];设备监测与诊断技术及其应用——第十二届全国设备监测与诊断学术会议论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李立红 李荣梧;用技术创新提高设备管理水平[N];中国冶金报;2006年
2 王铁 显丽 宝书;铁肩担大任[N];解放军报;2011年
3 本报记者 伍平;我省成功研制出输电线路故障诊断系统[N];云南科技报;2009年
4 记者 唐明恒;“载人航天器故障诊断系统研究”通过验收[N];重庆日报;2000年
5 李萍;济钢EAM离线网络点检和故障诊断管理系统创效明显[N];中国冶金报;2007年
6 ;莱钢远程监控与故障诊断系统构建与实践[N];世界金属导报;2008年
7 记者 冯竞;载人航天器故障诊断系统开发成功[N];科技日报;2000年
8 记者 李黎通讯员 徐国青;理工监测四个项目跻身 “国家队”[N];宁波日报;2007年
9 通讯员 侯立国康力平;APU监视和故障诊断系统项目通过验收[N];中国民航报;2007年
10 记者 张远平;江阴海洋公司成功研发远程监控及故障诊断系统[N];中国船舶报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐春生;微弱信号检测及机械故障诊断系统研究[D];天津大学;2008年
2 檀甲甲;模型化自适应滤波及其应用研究[D];复旦大学;2011年
3 汪安民;基于非均匀采样的信号频率检测方法及其实现[D];华中科技大学;2004年
4 董晓峰;基于RCM分析的智能化汽轮机组故障诊断系统研究[D];华北电力大学;2012年
5 许昕;基于滤波技术和粒子群优化的齿轮箱故障诊断研究[D];中北大学;2011年
6 李安;非均匀采样下超分辨DOA估计研究[D];华中科技大学;2011年
7 张平均;共振式水泥混凝土路面破碎车控制及故障诊断系统的关键技术研究[D];中南大学;2011年
8 李杨;自适应卫星通信系统方案及相关技术研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2005年
9 冷永刚;大信号变尺度随机共振的机理分析及其工程应用研究[D];天津大学;2004年
10 何丕雁;现代测试技术中的采样非均匀性问题理论研究与分析[D];电子科技大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨兴光;干涉型光纤陀螺仪关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
2 石艳丽;基于DSP的自适应噪声抵消系统研究[D];长春理工大学;2008年
3 袁佳能;自适应声学回声抵消算法的研究[D];江南大学;2008年
4 柴艳红;基于DSP的实时监测与故障诊断系统的研究与应用[D];武汉理工大学;2003年
5 王亚锋;机械设备工况监测与故障诊断系统[D];北京化工大学;2005年
6 周长涛;涡轮增压器故障仿真与基于模式识别的嵌入式诊断系统的研究[D];北京交通大学;2008年
7 刘洪;有源噪声控制算法及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 李好;基于独立分量分析(ICA)齿轮传动装置振动信号研究[D];西安科技大学;2009年
9 保坤;电路板故障诊断系统可视化开发与运行环境的设计与实现[D];电子科技大学;2010年
10 陈光华;强噪声信号的数字分析与处理及其在FPGA上的实现[D];电子科技大学;2010年
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