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《浙江大学》 2010年
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数学形态学在机械故障诊断中的应用研究

沈路  
【摘要】:机械故障诊断的关键是如何从故障信号中提取故障特征,信号分析是故障特征提取最常用的方法。机械系统发生故障时,振动信号往往具有非线性非平稳特征。因此如何结合故障信号特点并选择合适的方法,对非线性非平稳故障信号进行分析以提取故障特征是机械故障诊断领域需要重点研究的课题。传统非线性非平稳信号分析方法如短时傅里叶变换、小波变换、希尔伯特黄变换等都各自存在一定的局限性,因此迫切需要新的理论与信号分析方法以提高机械故障诊断的效率与技术水平。数学形态学是近年来发展起来的一种非线性信号分析方法,已经逐渐开始应用到机械故障诊断中并取得了较好的效果。本文以转子系统、齿轮和滚动轴承为研究对象,对基于数学形态学的机械故障诊断方法进行了深入的研究,主要工作和研究成果如下: (1)介绍了转子系统、齿轮和滚动轴承这三种常见机械零件的振动故障机理,并对故障信号特征进行了分析,为后续章节的分析奠定基础。 (2)针对传统形态滤波结构元素选取随机的问题,首先提出一种自适应多尺度复合形态滤波降噪方法,该方法能够根据信号局部特征和噪声特点自适应的选择结构元素类型和尺寸大小,然后采用该方法对转子振动信号进行滤波,并通过关联维数对转子故障进行分类,最后通过仿真与实验数据验证了方法的有效性。 (3)针对传统形态学边缘检测边缘模糊的问题,首先提出一种基于多结构元素多尺度的形态学谱图边缘检测方法,该方法采用四个不同方向的多尺度结构元素提取齿轮故障时频图边缘特征,并通过与传统边缘检测效果比较以验证其有效性。然后计算边缘特征的灰度共生矩阵以提取特征量,最后通过LSSVM方法对齿轮故障进行识别。实例证明,该方法可有效的对故障进行分类。 (4)针对传统提升形态小波提升算子固定不变的局限,首先提出了一种自适应提升形态小波降噪的方法,该方法能够根据信号局部特征自适应选择提升算子,然后采用该方法提取滚动轴承故障特征,并在定义故障特征能量特征向量的基础上,采用灰色关联度方法对故障进行分类。实例表明该方法能够准确区分发生在不同部位的故障,但却难以对不同严重程度的故障进行有效分类。 (5)针对传统形态小波在分解过程中由于抽样而造成的信号逐层递减问题,首先在形态非抽样小波框架的基础上提出一种基于差值形态滤波的形态非抽样小波构造方法,并在定义形态非抽样小波能量特征向量与能量熵的基础上,提出了基于D-S证据理论的形态非抽样小波和基于过程的形态非抽样小波能量熵信息融合故障诊断方法。实测滚动轴承故障数据表明,以上两种方法不仅能够识别发生在不同部位的故障,还能够准确区分不同严重程度的故障。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TH165.3

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李兆飞;振动故障分形特征提取及诊断方法研究[D];重庆大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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2 李艳妮;旋转机械故障机理与故障特征提取技术研究[D];北京化工大学;2007年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 张博闻;祁炜;杨冬;唐小程;宋执环;;基于EMD的频率族分离法在滚动轴承故障诊断中的应用[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 陈晨;陈杰;张娟;;网络化天基信息系统的连续性效能评估[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 滕伟;武鑫;高青风;柳亦兵;;风电齿轮箱振动信号的倒频谱分析[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
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10 刘长生;;旅游产业国际化对我国区域经济发展的影响研究——基于中国不同省份的面板数据分析[A];中国旅游评论2011[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 赵琪;我国国有企业人力资源优化配置研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 程军娜;基于形态学多尺度图像分析的海藻细胞图像分割及特征提取[D];中国海洋大学;2010年
4 彭富强;多尺度线调频基稀疏信号分解及其在齿轮箱故障诊断中的应用[D];湖南大学;2010年
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6 欧礼坚;船舶螺旋桨及推进装置故障诊断关键技术研究与应用[D];华南理工大学;2010年
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9 林慧斌;离散频谱校正理论的抗噪性能研究及其在工程中的应用[D];华南理工大学;2010年
10 曲建军;基于提速线路TQI的轨道不平顺预测与辅助决策技术的研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 熊洋;柳州市土地利用规划的弹性研究[D];华中农业大学;2010年
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4 张永宾;居住区景观设计方案评价方法初探[D];中南林业科技大学;2009年
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7 李朋勇;基于全矢高阶谱的故障诊断方法及其应用研究[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王炳成;任朝晖;侯荣涛;;碰摩耦合故障诊断识别的分形方法研究[J];润滑与密封;2010年05期
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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2 王琼;基于小波变换信号去噪方法的研究[D];西华大学;2006年
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5 刘姝;数学形态学在信号处理方面的应用研究[D];大连理工大学;2006年
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7 李艳妮;旋转机械故障机理与故障特征提取技术研究[D];北京化工大学;2007年
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