收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于多尺度线调频小波路径追踪的机械故障诊断方法研究

罗洁思  
【摘要】:机械设备的状态监测与故障诊断对于保证设备的安全、可靠、高效运行具有重要的理论意义和实用价值。通过采用各种信号处理方法从机械设备故障振动信号中提取故障特征信息,是机械设备故障诊断的关键。机械故障振动信号通常为非平稳振动信号,选择合适的非平稳信号分析方法是有效诊断机械故障的前提。 变转速条件下,以等时间间隔拾取的齿轮振动信号通常为低信噪比的多分量非平稳信号,这使得采用目前常用的信号处理技术从中提取故障特征信息非常困难。另一方面,转子发生碰摩故障的早期阶段,故障特征信号非常微弱,常淹没于强大的工频背景信号中,使得故障难以实现早期检测。多尺度线调频小波路径追踪(Multi-scale Chirplet Path Pursuit, MCPP)方法是近年来提出的一种自适应的非平稳信号分析方法,该方法具有自适应匹配分析信号中能量最大的信号分量并准确估计其瞬时频率的能力,适合用于分析频率呈大范围变化的非平稳振动信号,因此可用于解决变转速下齿轮振动信号故障特征难以提取以及转子早期碰摩故障特征难以检测的问题。论文在国家自然科学基金项目(项目编号:50875078)和高等学校博士学科点专项科研基金项目(项目编号:20090161110006)的资助下,将MCCP方法引入旋转机械故障诊断中,深入研究了MCPP方法在变转速齿轮故障诊断及转子碰摩故障早期检测中的应用。 论文主要研究工作和创新性成果有: (1)针对升、降速状态下拾取的齿轮振动信号具有非平稳性,频谱分析将产生频谱模糊,且不具有物理意义的问题,分析了FrFT方法用于处理升、降速状态下拾取的齿轮振动信号的可行性及存在的问题,提出基于MCPP与FrFT的升、降速齿轮故障诊断方法,该方法采用MCPP方法从升、降速阶段获得的齿轮振动信号中提取适合采用FrFT分析的齿轮振动信号段,并估计FrFT的最佳分析阶次,从而实现FrFT在升、降速阶段齿轮故障诊断中的应用。 (2)针对变转速下齿轮振动信号的调制边频带会随转速变化而变化,使得解调分析变得非常困难的问题,将MCPP方法用于齿轮转速估计,以实现齿轮振动信号的阶比分析;针对工程实际中获取的齿轮振动信号信噪比低的特点,将多尺度形态学分析这一具有良好抗噪性能的方法应用于齿轮振动信号分析,提出基于MCPP方法的多尺度形态学解调方法,研究表明该方法适合用于低信噪比非平稳振动信号的解调分析。 (3)针对齿轮发生故障时,由于存在噪声与调制现象,振动信号表现出一定的非线性和非高斯性,使得其状态难以准确判断的问题,将双谱分析和MCPP方法相结合,提出了基于MCPP的阶比双谱分析方法,并将其应用于诊断变转速状态下的齿轮故障。实验研究表明,该方法能正确区分不同状态的齿轮。 (4)合理设置频率偏置搜寻范围和调频率搜寻范围是MCPP方法成功应用的关键,针对如何合理设置频率偏置搜寻范围和调频率搜寻范围的问题,提出了基于奇异值分解(Singular Value Decomposition)的MCPP方法,该方法将SVD方法用于振动信号预处理,从预处理后信号的Winger-ville分布时频图上得到对振动信号频率偏置范围及调频率范围的估计,有效解决了MCPP方法中频率搜寻范围和调频率搜寻范围的合理设置问题。 (5)针对转子发生碰摩故障的早期阶段,故障特征信号非常微弱,容易被强大的工频信号所淹没的问题,将基于MCPP与信号稀疏分解的多尺度线调频基稀疏信号分解(Multi-scale Chirplet Sparse Signal Decompositon, MCSSD)方法用于转子早期碰摩故障检测,提出了基于MCSSD的转子碰摩故障早期检测方法。仿真和实验分析验证了基于MCSSD的转子碰摩故障早期检测方法的有效性和优越性。 MCPP方法能以具有线性频率的chirplet原子逐段自适应匹配分析信号中能量最大的信号分量并准确估计其瞬时频率,根据MCPP方法的这一性质,本文针对变转速条件下拾取的齿轮振动信号具有低信噪比、非平稳、非线性、非高斯等特点,将MCPP方法分别与FrFT、多尺度形态学分析、双谱分析、SVD方法相结合,应用于变转速条件下的齿轮故障诊断。仿真分析和应用实例表明:将MCPP方法与FRFT、多尺度形态学分析等信号处理方法相结合,可实现各种信号处理方法的优势互补,能有效诊断变转速条件下的齿轮故障。本文还针对转子早期碰摩故障特征微弱而难以检测的问题,将基于MCPP与稀疏信号分解的MCSSD方法应用于转子碰摩故障早期检测,仿真分析和应用实例验证了MCSSD方法应用于转子碰摩故障早期检测的有效性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 邓彩霞,马晓剑,邓中兴;再生核空间H~1[0,1]中的多尺度分析[J];哈尔滨工程大学学报;2003年04期
2 郭健,孙炳楠;基于小波变换的桥梁健康监测多尺度分析[J];浙江大学学报(工学版);2005年01期
3 李殿龙,张钦礼;样条小波[J];江南大学学报(自然科学版);2003年04期
4 杨毅;罗德超;;多尺度分析技术在无线传感器网络节点定位中的应用[J];四川兵工学报;2010年04期
5 文传博;齐亮;;永磁同步电机磁链信息在线监测的新方法[J];电力系统及其自动化学报;2010年02期
6 袁超伟,闫国华;一种构造正交小波基的新方法[J];西北工业大学学报;1996年01期
7 程明琦,安建成,郑兆瑞;小波变换和信号的时频局部分析[J];太原理工大学学报;1999年03期
8 毛大伟,张宏,童勤业;利用不同尺度下复杂性的差异区分文字和照片[J];计算机辅助设计与图形学学报;2005年08期
9 李春庚;安居白;黄健;宋梅萍;;雷达信号的匹配小波识别[J];大连海事大学学报;2007年02期
10 易振华;;基于多尺度小波分析的在线结构损伤诊断方法[J];国外建材科技;2008年01期
11 林相华;;绝缘检测中小波分析算法的改进[J];技术与市场;2011年09期
12 中国生,徐国元,赵建平;基于小波变换的爆破地震信号阈值去噪的应用研究[J];岩土工程学报;2005年09期
13 苗常青;汪渤;邹益民;付梦印;;一种基于小波变换的电视图像分割方法[J];弹箭与制导学报;2005年S1期
14 李友云;龙述尧;崔俊芝;;一类随机复合材料等效热传导参数的有限元计算[J];湖南大学学报(自然科学版);2008年07期
15 黄美灵;陆百川;谭伟;;基于多尺度分析与神经网络的交通流预测[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2010年03期
16 褚万霞;;金融资产收益率的多尺度统计分析[J];科学技术与工程;2010年27期
17 瞿伟廉,姚三;基于Kalman滤波的信号多尺度估计[J];华中科技大学学报(城市科学版);2003年04期
18 罗裴;姜德生;郭丹;;小波包多尺度分析在智能复合材料板损伤检测中的应用[J];中国测试技术;2006年03期
19 胡圣波;徐云舟;;火箭飞行数据分布式多尺度融合的研究[J];弹道学报;2006年03期
20 侯剑;苏木标;李栋;;小波变换在结构损伤识别中的应用研究[J];铁道建筑技术;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王东东;房玲明;;三维夹杂复合板结构多尺度分析[A];工程设计与计算机技术:第十五届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C];2010年
2 侯宝林;朱庆山;邹正;张涛;李洪钟;;循环流化床直接还原铁多尺度分析[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
3 陈军;潘艳;唐世星;张吉强;易东;;小脑基因表达数据的模糊多尺度聚类分析[A];重庆市预防医学会2010年论文集[C];2011年
4 王明;郭志宏;罗锋;骆遥;郭华;;基于多尺度分析的Tilt-Euler法试验研究[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
5 宫伟力;李晨;;煤岩结构多尺度各向异性特征的SEM图像分析[A];第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
6 侯遵泽;方盛明;;华北地区大陆布格重力异常多尺度分析[A];2001年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十七届年会论文集[C];2001年
7 孙卫涛;陶果;杨慧珠;;正交偶极子测井中的多尺度分析[A];2001年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十七届年会论文集[C];2001年
8 张晗思;逯家辉;孟庆繁;刘艳;;基于小波包多尺度分析的感康近红外光谱快速测定[A];吉林省第六届生命科学大型学术报告会论文集[C];2008年
9 王明;孟小红;郭良辉;赵博;;多尺度分析法在南海磁异常分离中的应用[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
10 张大力;何向晨;刘家琦;侯遵泽;;基于二维小波多尺度分析的重力异常分解及应用[A];2000年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十六届年会论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗洁思;基于多尺度线调频小波路径追踪的机械故障诊断方法研究[D];湖南大学;2011年
2 付振东;非均质饱和多孔介质准静态行为分析的耦合多尺度及耦合升尺度有限元法[D];大连理工大学;2010年
3 李志芳;基于多尺度分析的组织光学性质测量方法和成像技术[D];福建师范大学;2012年
4 黄鑫;基于序列数据的太阳耀斑预报方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 黄鑫;基于序列数据的太阳耀斑预报方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 尚晓清;多尺度分析在图像处理中的应用研究[D];西安电子科技大学;2004年
7 高希光;陶瓷基复合材料损伤耦合的宏细观统一本构模型研究[D];南京航空航天大学;2007年
8 张玉梅;基于多尺度分析的圆度误差在线检测研究[D];吉林大学;2009年
9 邓彩霞;再生核空间中的小波分析方法及其应用[D];哈尔滨工程大学;2006年
10 陈成忠;生态足迹模型的多尺度分析及其预测研究[D];南京师范大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 温省云;小波变换在isochore边界识别中的应用[D];天津大学;2004年
2 李俊;紧支集上L~p无条件基的迭代生成[D];浙江大学;2005年
3 谢海峰;圆度误差测量中的多尺度算法研究[D];吉林大学;2009年
4 王海旭;多尺度下脉冲耦合神经网络的图像融合[D];电子科技大学;2011年
5 叶枫;基于灰度图像的边缘检测方法研究[D];西北工业大学;2003年
6 徐永生;基于小波分析的大气颗粒物数字图像的边缘检测[D];武汉理工大学;2006年
7 宋玲珍;基于小波变换的自适应图像去噪算法[D];河南大学;2006年
8 郭世燕;滤波器,频率响应及小波集[D];山东大学;2005年
9 邹涛;三相桥式整流电路主回路故障智能诊断方法的研究[D];重庆大学;2005年
10 杨秋;基于多尺度分析的智能图像压缩方法研究[D];华北电力大学(北京);2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978