分形及小波分析在液压泵故障诊断中的应用研究

发布时间：2020-07-25 13:46

【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，混沌分形理论的研究有助于揭示系统的内在规律性。论文将分形理论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关联维数。实验结果证明不同运行状态具有不同的关联维数，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，综述了混沌分形理论在故障诊断工程领域应用的新进展。阐述了关联维数分析方法(G-P算法)，并给出了该算法中各参数的选取原则。 (2) 阐述了小波分析的本质特征。将小波分析引入液压泵状态信号的处理中。通过对采样信号的多分辨率分解、阈值处理和重构，有效去除了系统中混杂的高频噪声，提取了故障的特征频率。 (3) 对虚拟仪器及其开发平台LabVIEW的特点进行了系统的归纳。编程上实现了LabVIEW和MATLAB的接口，采用混合编程，扩展了LabVIEW的功能。开发了虚拟混沌特性显示仪，对混沌方程进行特性分析。开发了基于相关平面法的运动形态辨识仪，对混沌及其它运动形态进行辨识。 (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，实现了液压泵信号的采集。 (5) 对采集的液压泵信号进行了分维数分析。实验结果分析表明，故障压力信号的关联维数低于正常信号的关联维数，可以作为故障发生与否的定量判据。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH137.5
【图文】：

关联积分,斜率,杜芬振子,信号

(a) 关联积分 (b) 局部斜率(a) Relevance integral (b) Local slope图 2-2 正弦信号的关联积分及局部斜率Fig. 2-2 Relevance integral and local slope of sine signal杜芬(Duffing)振子信号关联积分及局部斜率如图 2-3 所示。图中信号所用杜芬振子式为x axbxcxfcosωt3+ +=&& &(2-式(2-11)中，取 a =0.3， b =1， c =1，外控力振幅 f =0.32，外控力角 ω =1.2。杜芬振子信号应用四阶龙格-库塔法由 MATLAB 编程产生。选部斜率较为平滑的一段，用最小二乘法拟和直线，得到杜芬振子的关联维 1.2。

关联积分,随机信号,斜率,关联维数

(a) 关联积分 (b) 局部斜率(a) Relevance integral (b) Local slope图 2-4 随机信号关联积分及局部斜率Fig.2-4 Relevance integral and local slope of random signal.5 本章小结本章系统阐述了混沌运动的基本特征，对分形理论进行了概述。介绍了关联维数义和计算方法，详细论述了各个计算参数的选取依据和现有的方法的优缺点。应用关联维数法对正弦信号、混沌信号和随机信号进行数值仿真研究。得到周期、混沌运动和随机运动的关联维数分别为整数、分数和无确定值。应用这一结果，判断一个运动形式所处的类型。

显示仪,混沌特性,前面板

受到了计算机软件的强大力量和虚拟仪器技术越来越广泛的用途。拟混沌特性显示仪板上输入混沌方程的参数，就可将混沌运动的时序图和相轨迹图显示出来沌现象的研究。另外，在系统辨识等场合，需要用到白噪声信号，而产生的设备往往极为复杂，用伪随机码产生的白噪声还存在伪周期性。混沌具特点，且状态在某一范围内永远不会重复，是一种产生白噪声的较好方法用虚拟仪器产生混沌信号，作为白噪声源。虚拟仪器图形化语言 LabVIEW，编写前面板和流程图，可以显示混沌的特显示仪主界面如图 3-2 所示。

【引证文献】