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基于随机共振和混沌理论的行星齿轮箱微弱信号检测方法研究

发布时间:2017-05-05 10:08

  本文关键词:基于随机共振和混沌理论的行星齿轮箱微弱信号检测方法研究,,由笔耕文化传播整理发布。


【摘要】:现如今工业的快速发展使得机械设备的功能越来越强大,同时其结构也越来越复杂。对于这些机械设备的故障诊断方法也得到学者们的广泛重视,研究了许多技术手段以检测故障是否存在。特别是机械设备中的一种非常重要的变速传动构件—齿轮箱,应该对其进行故障诊断以便及时发现潜在故障从而进行修理,避免造成更大的损失。然而,由于齿轮箱的工作环境较复杂,周围的干扰会影响故障信号的检测,如果故障还处于早期,其信号特征不会太明显,表现为淹没在强噪声背景中的微弱特征信号,从而使故障的诊断工作难以进行。本文对两种微弱信号检测方法进行了研究,即随机共振和混沌理论。研究了各自检测微弱信号的原理,并针对随机共振的处理效果提出了改进方法,比如,加入级联和相关分析模型,可以有效地改善随机共振检测结果。然后,就随机共振依赖参数的缺点,提出遗传算法对系统参数进行优化,不仅能确定参数值,还能提高输出信噪比。最后介绍了混沌理论,通过选用适合的混沌模型,构造混沌系统,利用混沌系统的特殊机制,从相轨迹图直接观测轨迹变化来判断特征信号是否存在。本文通过搭建行星齿轮箱试验平台,为齿轮箱中的行星轮和轴承人工植入故障,再利用加速度传感器采集行星齿轮箱运行时的振动数据,并分别对这些数据进行随机共振和混沌算法的处理,实现了齿轮箱早期的故障诊断。针对随机共振的处理效果,通过对比改进前后的频谱图和输出信噪比的值,验证了这些改进措施的有效性。再者,利用遗传算法对两个结构参数分别进行单元素优化和双元素优化,不仅证实了此优化算法对于随机共振的有效性,还得出双元素同时优化比起单元素优化的随机共振输出信噪比更高,效果更明显的结论,说明了遗传算法比于一般优化算法更优。最后,将轴承正常和故障两种情况下的数据输入混沌系统,对比相图的变化以判断输入信号中是否有特征频率,验证了混沌理论在故障诊断中的应用。
【关键词】:行星齿轮箱 微弱信号检测 随机共振 遗传算法 混沌理论
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TH132.425
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第一章 绪论10-18
  • 1.1 研究背景与意义10
  • 1.2 国内外研究现状10-16
  • 1.3 本课题研究的主要内容16-18
  • 第二章 行星齿轮箱的结构特征与故障机理18-25
  • 2.1 行星齿轮箱结构特征18-19
  • 2.2 行星齿轮箱故障模式与机理19-21
  • 2.2.1 典型故障模式19-20
  • 2.2.2 典型故障机理20-21
  • 2.3 试验平台的搭建21-23
  • 2.4 行星齿轮箱故障特征频率的计算23-24
  • 2.5 本章小结24-25
  • 第三章 随机共振理论模型及应用25-47
  • 3.1 随机共振的理论基础25-29
  • 3.1.1 随机共振的提出25
  • 3.1.2 随机共振的原理25-26
  • 3.1.3 随机共振的理论模型26-29
  • 3.2 随机共振的数值求解29-30
  • 3.3 随机共振的性能描述30-31
  • 3.4 对信号进行随机共振分析31-36
  • 3.4.1 低频信号的处理31-32
  • 3.4.2 高频信号的处理32-36
  • 3.5 随机共振效果的改进方法36-46
  • 3.5.1 基于级联的随机共振36-38
  • 3.5.2 基于相关分析的随机共振38-46
  • 3.6 本章小结46-47
  • 第四章 基于遗传算法的自适应随机共振47-57
  • 4.1 系统参数对随机共振的影响47-49
  • 4.2 遗传算法简介49-52
  • 4.2.1 遗传算法的原理50
  • 4.2.2 遗传算法的步骤50-51
  • 4.2.3 遗传算法的优点51-52
  • 4.3 基于遗传算法的随机共振52-56
  • 4.3.1 基于遗传算法的随机共振的理论52-53
  • 4.3.2 对试验数据进行遗传优化分析53-56
  • 4.4 本章小结56-57
  • 第五章 基于混沌理论的微弱信号检测方法57-77
  • 5.1 混沌理论的背景意义57-58
  • 5.2 混沌理论基础58-65
  • 5.2.1 混沌理论的基本概念58-59
  • 5.2.2 混沌现象的判别方法59-64
  • 5.2.3 混沌运动的主要特点64-65
  • 5.3 混沌系统的动力学模型65-67
  • 5.3.1 Duffing模型65-66
  • 5.3.2 Lorenz模型66
  • 5.3.3 Logistic模型66-67
  • 5.4 利用混沌振子检测微弱信号67-76
  • 5.4.1 模拟正弦信号进行检测67-72
  • 5.4.2 对试验数据进行混沌分析72-76
  • 5.5 本章小结76-77
  • 第六章 总结与展望77-79
  • 6.1 全文工作总结77-78
  • 6.2 本文的创新内容78
  • 6.3 研究展望78-79
  • 致谢79-80
  • 参考文献80-84
  • 硕士期间所取得的研究成果84-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 武姣;姚肖方;;风力发电机齿轮箱故障诊断方法及信号仿真[J];仪器仪表与分析监测;2011年04期


  本文关键词:基于随机共振和混沌理论的行星齿轮箱微弱信号检测方法研究,由笔耕文化传播整理发布。



本文编号:346137

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