基于DSP和ZigBee的采煤机摇臂齿轮箱故障诊断系统研究

发布时间：2017-05-23 14:04

  本文关键词：基于DSP和ZigBee的采煤机摇臂齿轮箱故障诊断系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：采煤机摇臂齿轮箱是采煤机进行综采的关键部件，为采煤机提供牵引力，因此对摇臂齿轮箱实时在线监测和故障诊断对于煤矿生产具有至关重要的经济和安全意义。 由于实验条件限制，而且实验室齿轮箱与采煤机摇臂齿轮箱运行机理相似，因此本论文采用实验室齿轮箱为研究对象，采用以DSP-TMS320F28335为主控芯片的嵌入式故障诊断中心模块和以ZigBee-CC2530为主控芯片的无线通信模块，开发研制了一种实时在线嵌入式远程故障诊断系统。 该嵌入式远程故障系统将信号采集、数据预处理、特征值提取以及神经网络故障诊断识别集成于一体嵌入到DSP硬件平台上，并利用ZigBee模块将识别分类的诊断结果无线通信传输给终端控制中心，，实现该系统的远程故障诊断。该远程故障诊断系统中神经网络模型采用基于Matlab模型的设计，对采集的样本信号进行预处理（滤波和和FFT变换），并对经过预处理的信号提取特征值，利用Matlab神经网络工具箱进行网络训练，提取阈值和权值，在Simulink中搭建神经网络模型，并将该模型嵌入到DSP的嵌入式系统，对故障进行诊断识别分类。DSP嵌入式故障诊断中心模块和ZigBee无线通信模块两部分是相互独立的，通过串口接口SCI进行数据发送的。该远程故障诊断系统具有信号采集、数据存储、故障识别分类以及无线通信等功能。
【关键词】：采煤机摇臂齿轮箱 实验室齿轮箱 DSP ZigBee 故障诊断 无线通信
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD421.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 选题研究的意义和背景10-11
• 1.2 采煤机故障诊断的研究现状11-16
• 1.2.1 搭建系统硬件平台与驱动设备12-14
• 1.2.2 处理信号数据和提取特征值14-16
• 1.3 无线通信技术16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 2 采煤机摇臂齿轮箱故障机理及信号特征简介19-26
• 2.1 简介电牵引采煤机19
• 2.2 采煤机摇臂齿轮箱常见故障分析19-22
• 2.2.1 采煤机摇臂齿轮箱常见故障形式19-21
• 2.2.2 摇臂齿轮箱齿轮故障的信号特征21
• 2.2.3 采煤机轴承故障的信号特征21-22
• 2.3 时域分析与统计指标22-24
• 2.4 频谱分析24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 ZigBee 短距离无线传输技术简介26-35
• 3.1 无线通信传输技术26-28
• 3.2 ZigBee 技术28-30
• 3.3 ZigBee 协议栈30-32
• 3.4 ZigBee 网络拓扑结构32-34
• 3.5 本章小结34-35
• 4 远程故障诊断系统硬件平台简介35-43
• 4.1 远程故障诊断系统的总体框架设计35-36
• 4.2 DSP 故障诊断中心36-40
• 4.2.1 电源管理模块电路36-37
• 4.2.2 信号调制电路模块37-38
• 4.2.3 串口接口电压转换电路38-39
• 4.2.4 串口通信接口电路39
• 4.2.5 SD 存储模块39-40
• 4.2.7 硬件平台外设存储器模块40
• 4.3 ZigBee 无线传输模块介绍40-42
• 4.4 本章小结42-43
• 5 诊断系统的软件设计43-49
• 5.1 DSP 故障诊断程序43-44
• 5.1.1 DSP 故障诊断程序开发流程43
• 5.1.2 远程故障诊断系统的应用程序43-44
• 5.2 ZigBee 无线通信模块程序设计44-48
• 5.2.1 协调器节点的软件设计45-47
• 5.2.2 发送与检测数据帧47-48
• 5.3 本章小结48-49
• 6 系统测试及分析49-69
• 6.1 DSP 故障诊断系统测试49-61
• 6.1.1 实验室设备与故障形式49-50
• 6.1.2 测试环境50
• 6.1.3 ADC 数据采集模块50-52
• 6.1.4 FIR 数字滤波器52-55
• 6.1.5 FFT 功率谱55-56
• 6.1.6 BP 神经网络56-60
• 6.1.7 SCI 模块60-61
• 6.2 ZigBee 模块测试61-62
• 6.3 系统总体62-68
• 6.4 本章小结68-69
• 7 结论与展望69-72
• 7.1 工作总结69-70
• 7.2 展望70-72
• 参考文献72-78
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及所取得的研究成果78-79
• 致谢79-80

【参考文献】

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本文编号：388141