基于第二代小波的机械故障信号处理方法研究

发布时间：2021-06-26 03:08

　　随着对安全生产和产品质量需求的不断提高，当机电设备偏离正常工作状态时，要求能够被及时发现并进行维修，因此设备的故障诊断技术成为当前国际国内研究的一大热点问题。第二代小波是近年来发展起来的一种新的小波构造理论，具有许多传统小波变换无法比拟的优点，在信号分析和处理领域得到了广泛应用。为此，本文以机械设备的故障监测和诊断为目的，系统地开展了第二代小波理论在信号压缩、信号消噪、故障检测以及故障模式分类方面的应用研究。首先，研究了第二代小波滤波器的时频特性，指出了采用第二代小波对机械故障信号分析时存在的问题。研究表明，第二代小波的尺度滤波器和小波滤波器在时域中是紧支撑的、对称的，并且具有冲击特征，可以用来提取故障信号中的瞬态冲击特征；第二代小波滤波器在频域中不具备理想的频率特性，频带之间存在交叠；第二代小波具备分析非平稳信号的能力，但是分析结果存在频率混叠问题，因此在故障诊断中的应用存在局限性。其次，研究了第二代小波变换的频率混叠问题，提出了抑制频率混叠的方法，为故障特征的有效提取提供了理论依据。分析了分裂操作、预测操作、更新操作以及合成操作的性质，指出了第二代小波产生频率混叠的原因和抑制频率混... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 故障诊断的研究内容及发展概况
        1.2.1 故障诊断的研究内容
        1.2.2 故障诊断技术的研究现状
    1.3 时频分析技术的发展及研究现状
    1.4 小波变换的发展及其在故障诊断中的研究现状
        1.4.1 小波变换的发展历史
        1.4.2 第一代小波在故障诊断应用中的局限性
        1.4.3 第二代小波在故障诊断应用中的研究现状
    1.5 本文的研究内容及章节安排
第2章 机械故障信号分析的第二代小波方法
    2.1 引言
    2.2 机械故障信号的非平稳特性
    2.3 第二代小波方法及其时频特性分析
        2.3.1 基于插值细分的第二代小波变换
        2.3.2 第二代小波的多相表示与等效滤波器
        2.3.3 预测器和更新器系数的计算方法
        2.3.4 第二代小波滤波器的时频特性分析
        2.3.5 第二代小波包变换及其移频算法
    2.4 基于第二代小波的非平稳信号分析
    2.5 第二代小波在故障信号分析中存在的问题
    2.6 本章小结
第3章 第二代小波变换的频率混叠及其抑制方法
    3.1 引言
    3.2 第二代小波变换频率混叠问题的描述
    3.3 频率混叠产生的原因及抑制方法
        3.3.1 等效滤波器的频域特性
        3.3.2 分裂操作的性质
        3.3.3 合成操作的性质
        3.3.4 抑制频率混叠的方法
    3.4 冗余第二代小波变换及其特性分析
        3.4.1 冗余预测器和冗余更新器的计算
        3.4.2 冗余第二代小波的分解和重构
        3.4.3 冗余第二代小波的抑制频率混叠特性
        3.4.4 冗余第二代小波的平移不变特性
        3.4.5 冗余第二代小波的算法复杂性
    3.5 冗余第二代小波包变换及其修正算法
        3.5.1 冗余第二代小波包的分解与重构
        3.5.2 冗余第二代小波包的频带错位问题
        3.5.3 无频带错位的冗余第二代小波包算法
    3.6 本章小结
第4章 基于第二代小波的信号压缩方法研究
    4.1 引言
    4.2 基于第二代小波和混合熵编码的信号压缩方法
        4.2.1 基于小波的信号压缩原理
        4.2.2 整数第二代小波变换
        4.2.3 混合熵编码
    4.3 基于二维小波的旋转机械振动信号压缩方法
        4.3.1 旋转机械振动信号的二维描述
        4.3.2 第二代小波的二维变换方法
        4.3.3 旋转机械振动信号的二维小波压缩与重构
    4.4 信号压缩试验
        4.4.1 发电机组实时信号压缩试验
        4.4.2 汽轮机组振动信号压缩试验
    4.5 本章小结
第5章 基于自适应冗余第二代小波的信号消噪方法研究
    5.1 引言
    5.2 第二代小波变换的自适应算法
        5.2.1 尺度自适应第二代小波
        5.2.2 空间自适应第二代小波
    5.3 自适应冗余第二代小波的构造方法
    5.4 基于自适应冗余第二代小波变换的信号消噪方法
        5.4.1 基于小波的信号消噪原理
        5.4.2 消噪阈值的选取方法
        5.4.3 消噪阈值的处理方法
        5.4.4 分解层数的确定方法
        5.4.5 仿真信号分析
    5.5 信号消噪试验
        5.5.1 发电机组实时信号消噪
        5.5.2 汽轮机组振动信号消噪
    5.6 本章小结
第6章 基于冗余第二代小波包的故障检测和模式分类方法研究
    6.1 引言
    6.2 基于冗余第二代小波包的滚动轴承故障检测
        6.2.1 滚动轴承损伤故障的特征频率
        6.2.2 Hilbert 变换包络解调分析
        6.2.3 滚动轴承内环损伤故障检测
    6.3 基于冗余第二代小波包的故障模式分类
        6.3.1 故障特征参数提取方法
        6.3.2 故障特征参数选择方法
        6.3.3 故障模式分类方法
    6.4 故障模式分类数据的准备
        6.4.1 齿轮箱故障模拟试验
        6.4.2 发动机气门机构故障模拟试验
    6.5 故障模式分类试验
        6.5.1 故障特征参数提取对分类精度的影响
        6.5.2 小波包分解层数对分类精度的影响
        6.5.3 故障特征选择对分类精度的影响
    6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]提升小波包最优基分解算法及在振动信号降噪中的应用[J]. 曹建军,张培林,任国全,张英堂.  振动与冲击. 2008(08)
[2]基于邻域粒化和粗糙逼近的数值属性约简[J]. 胡清华,于达仁,谢宗霞.  软件学报. 2008(03)
[3]基于提升小波包变换的发动机缸盖振动信号特征提取[J]. 曹建军,张培林,张英堂,任国全.  振动与冲击. 2008(02)
[4]基于自适应提升小波包的故障微弱信号特征早期识别[J]. 姜洪开,王仲生,何正嘉.  西北工业大学学报. 2008(01)
[5]基于第二代小波变换的混合小波降噪方法[J]. 段晨东.  中国机械工程. 2007(14)
[6]第二代小波包构造及发动机微弱损伤识别[J]. 姜洪开,王仲生.  北京航空航天大学学报. 2007(07)
[7]基于小波包移频算法的遥感图像融合技术[J]. 张登荣,张霄宇,俞乐,刘辅兵.  浙江大学学报(工学版). 2007(07)
[8]一种基于提升小波变换的故障特征提取方法及其应用[J]. 段晨东,何正嘉.  振动与冲击. 2007(02)
[9]自适应二代小波变换在振动信号降噪中的应用[J]. 张志斌,郑海起,唐力伟.  机械强度. 2006(S1)
[10]数据压缩技术在实时数据库中的应用研究[J]. 黄文君,徐慧.  仪器仪表学报. 2006(S1)

博士论文
[1]基于提升小波的数据处理及过程监测研究[D]. 李成.浙江大学 2005



本文编号：3250507