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内燃机的非平稳信号分析方法及其噪声源小波识别技术的研究

韩军  
【摘要】:内燃机是动力、交通、舰船、石化等国民经济重要领域的关键设备。随着全球范围内环保要求的日益提高,内燃机的噪声控制已成为目前国内外的热点研究问题。解决内燃机的噪声控制问题首先必须在内燃机上找到最大噪声辐射的部位或部件,即主要的噪声源,然后针对主要噪声源的声源特性采取相应的措施,才能够收到预期的效果。目前的研究已经表明,从内燃机表面辐射的声信号中包含有大量的振动噪声源信息。但是由于内燃机复杂的机械结构及能量转换过程所导致的复杂多激励、非稳态和非线性的多重耦合系统特性,使得采用传统的信号分析理论及方法难以完全适用于对一些有用信息进行捕捉和深入分析,因而有关的研究和应用也受到了很大的限制。 本文在分析国内外研究现状的基础上,围绕几个难点问题进行了深入和系统的理论和方法研究,并在工程问题进行了实际应用。其中主要内容如下: 1.对内燃机的基本动力学特性进行了系统全面的分析与介绍。通过缸内燃烧气体波动方程的建立和求解,揭示了这一主要冲击激励源的瞬态振荡特性和变化规律;通过发动机内不同性质的激励源机理和路径特征分析,建立了切合实际的冲击响应结构模型,为整机的动力响应分析和实用噪声源识别方法研究奠定了理论基础。 2.讨论了声强法的物理意义及其在声场分析和声源识别中的作用,并利用试验仪器建立了声强测量系统。基于先进的试验分析设备,分别对YC6108G 型柴油机、JX493ZQ 型柴油机、WD615 型柴油机和一辆中型乘用车进行了声强在噪声源识别和声场分析中的应用研究。 3.由于采集到的内燃机的声信号具有非平稳特性,而传统的基于傅里叶变换的分析方法由于其局限性,不能完全适合于分析非平稳信号,也很难揭示信号更多的本质特征。相对于傅里叶变换而言,小波变换在非平稳信号分析方面具有很多独特优点。本文首先对傅里叶变换,短时傅里叶变换和小波变换进行了比较介绍,分析了它们各自的特点,并详细讨论了小波变换的一些问题。包括集中性和小波函数中心频率对分辨率的影响等,还给出了如何确定小波变换中最大和最小尺度参数的方法。


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