EMD时频分析方法在旋转机械耦合故障诊断中的应用研究

发布时间：2017-05-22 11:04

  本文关键词：EMD时频分析方法在旋转机械耦合故障诊断中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旋转机械是工业领域中的关键设备，在电力、石油、冶金、航空等部门中应用最为广泛。在实际工作中，旋转机械往往出现多种故障同时存在的情况，这种情况较单一故障振动机理更为复杂，诊断更为困难。为了旋转机械设备在生产中安全可靠运行，旋转机械耦合故障诊断越来越受到人们的重视。本文以旋转机械系统为研究对象，考虑机械耦合故障的复杂性，重点研究基于EMD的旋转机械耦合故障诊断方法，并通过建立故障模型的方法研究故障特性，针对EMD端点效应问题提出一种新的抑制方法，并成功应用到耦合故障诊断中。 基于相似极值延拓方法和余弦窗函数，提出一种新的EMD端点效应抑制方法。该方法在保留了延拓方法和窗函数方法优势的基础上，优化了延拓方法有误差和窗函数方法改变原信号的不足，使EMD对信号的分解更加精确。 针对旋转机械耦合故障诊断问题，建立了转子-轴承系统故障耦合模型。该模型不仅含有裂纹和碰摩故障，还考虑了非线性油膜力的影响。运用变步长四阶龙格-库塔法对系统微分方程进行数值求解，然后经改进的EMD处理方法得到含有故障信息的IMF，再对IMF进行希尔伯特变换得到其边界谱和希尔伯特谱。通过与单一故障特性作对比诊断出在该系统中裂纹和碰摩故障同时存在。 由于三种故障同时存在的系统振动机理复杂，信号的非线性更强，只通过EMD和信号倍频分析很难对系统进行准确的故障诊断。针对这一问题，提出一种基于EMD和分形盒维数的耦合故障诊断方法。该方法先利用EMD将故障信号分解，然后对有效IMF进行盒维数计算，得到耦合故障信号的故障特征向量，判断故障状态，达到故障诊断的目的。 应用Matlab软件开发设计一个基于EMD的旋转机械耦合故障诊断系统。该系统的主要功能首先是对信号进行选取，然后对信号进行EMD处理，最后通过时域、频域、分形盒维数等方法对信号进行分析，得到故障特征，实现故障诊断。
【关键词】：旋转机械 故障诊断 耦合故障 经验模态分解 端点效应 分形盒维数
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH165.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的目的及意义10-11
• 1.2 旋转机械常见故障和特征11-13
• 1.2.1 裂纹故障机理和特征11-12
• 1.2.2 碰摩故障机理和特征12
• 1.2.3 松动故障机理和特征12-13
• 1.3 旋转机械耦合故障诊断的国内外研究现状13-17
• 1.3.1 旋转机械故障机理的研究现状13-15
• 1.3.2 故障诊断方法的研究现状15-17
• 1.4 本文的主要内容17-19
• 第2章 经验模态分解及其端点效应问题19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 EMD 的基本概念19-21
• 2.2.1 特征尺度参数19-20
• 2.2.2 瞬时频率20-21
• 2.2.3 内禀模态函数21
• 2.3 EMD 的基本原理21-24
• 2.3.1 EMD 的运算方法21-23
• 2.3.2 EMD 端点效应问题23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 改进 EMD 在旋转机械耦合故障诊断中的应用25-41
• 3.1 引言25
• 3.2 基于延拓和窗函数的经验模态分解25-28
• 3.3 改进 EMD 的有效性分析28-33
• 3.3.1 改进 EMD 方法的仿真实验28-31
• 3.3.2 改进 EMD 方法的实际应用31-33
• 3.4 改进 EMD 在耦合故障诊断中的应用33-40
• 3.4.1 耦合故障模型和运动微分方程33-36
• 3.4.2 数值仿真和故障诊断36-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 基于 EMD 和分形盒维数的旋转机械耦合故障诊断方法研究41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 分形理论及其故障诊断应用41-44
• 4.2.1 分形理论42
• 4.2.2 分形盒维数及其计算方法42-44
• 4.3 基于 EMD 和分形盒维数的旋转机械耦合故障诊断方法44-49
• 4.3.1 三种故障耦合的系统动力学模型和运动微分方程44-45
• 4.3.2 数值仿真和故障诊断45-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 基于 EMD 的旋转机械故障诊断系统设计50-57
• 5.1 引言50
• 5.2 开发工具简介50-51
• 5.2.1 Matlab50
• 5.2.2 Matlab 功能和特点50-51
• 5.3 软件系统的基本功能介绍51-56
• 5.3.1 软件系统的功能模块51-52
• 5.3.2 系统功能的具体介绍52-55
• 5.3.3 系统对耦合故障诊断的实现55-56
• 5.4 本章小结56-57
• 结论57-59
• 参考文献59-64
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果64-65
• 致谢65-66
• 作者简介66

【参考文献】

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本文编号：385488