基于Lyapunov指数分析的液压泵故障诊断方法及实验研究

发布时间：2020-04-30 18:11

【摘要】： 液压系统以其功率大、响应快等优点在工程领域中得到了广泛应用,它在许多设备中起着核心的控制或传动作用。液压泵作为液压系统的“心脏”,它的工作条件最为恶劣,因此对液压泵的状态监测和故障诊断成为了保证液压系统正常运行的关键。近年来,混沌工程学成为工程领域广泛关注的课题,混沌理论Lyapunov指数的研究有助于揭示系统运动的内在规律性。论文将最大Lyapunov指数分析方法用于液压泵故障诊断研究中,计算出液压泵出口压力信号的Lyapunov指数。实验结果证明不同运行状态具有不同的最大Lypunov指数,可以作为系统是否有故障发生的判断依据。 论文主要进行了以下几方面的工作: (1)对混沌的性质进行了详尽的描述,综述了混沌理论和Lyapunov指数在故障诊断工程领域应用的新进展。阐述了计算Lyapunov指数的算法(QR分解法),并且将该算法运用于杜芬方程计算Lyapunov指数。 (2)阐述了杜芬方程的混沌特性和Lyapunov指数的本质特征,并将它们引入液压泵状态信号的处理中。通过计算杜芬方程的Lyapunov指数,有效确定系统阈值。 (3)对虚拟仪器及其开发平台LabVIEW的特点进行了系统的归纳。采用混合编程,实现了LabVIEW和MATLAB的接口,扩展了LabVIEW的功能。开发了虚拟混沌特性显示仪,对混沌系统进行特性分析和识别。 (4)利用LabVIEW编制了液压泵数据采集软件,并驱动NI数据采集卡,实现了液压泵压力信号的采集。 (5)对采集的液压泵出口油液压力信号加入杜芬系统进行了Lyapunov指数计算。实验结果分析表明,故障压力信号的最大Lyapunov指数小于正常信号的最大Lyapunov指数,可以作为故障发生与否的定量判据。
【图文】：

基于MaVab的算法流程图

计算机产生某种动作，比如实现计算、绘图等。计算结果的实时显示，，可将计算结果用时域波形和瞬时值实时显示出来，让用户更直接的指数的变化。Lyapunov指数工具箱能够求解非线性动力学系统apunov指数和分数维，为混沌系统的理论分析与应用研究提供可靠的数据。Lyapunov指数工具箱主界面主要用于设定需计算的系统方程和列的计算参数，如图3-2为计算Logistic映射的主界面。选择好系统类型击“开始演示”出来图3-3的界面，点击“OK”后可进入设置界面，如4所示。用户可以根据需要设置用龙格库塔法解方程时的时间步长和仿间长度。设置完成后点击“开始”就可以看到Lyapunov指数和时间t的，在界面最下方能实时显示Lyapunov指数值和维数，如图3-5所示，计来的Logistic映射的Lyapunov指数为0.069524，因为Logistic映射是一维系统，所以分维数为0。计算数据和结果还能以文件形式输出，以便保处理。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH137.51;TH165.3

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本文编号：2646044