机械系统健康监测的自适应时-频特征增强方法研究
发布时间：2022-10-08 13:24
高端装备制造产业是现代国家的核心竞争力,在战略性新兴产业中占据了重要地位。高端机械装备在运行过程中一般要经历各种复杂苛刻服役环境,如高速、高温、重载等,使得机械装备及其关键部件性能退化,出现故障。重要机械设备故障的发生会带来经济损失和人员伤亡。为了保障机械装备的安全可靠运行,需要准确及时地诊断出其服役过程中出现的故障。本文以先进的健康监测和故障诊断技术为研究目标,以自适应时-频特征增强为主题,针对传统时频方法分析非平稳快时变信号的时频聚集性差、时频脊线提取精度差以及微弱故障特征识别的问题,提出了高阶同步压缩小波变换提高信号时频能量集中程度;提出了自适应时频脊线提取算法,解决多脊线、交叉脊线和间断脊线的提取问题;提出了自适应谱峭度算法,从参数估计角度,自适应估计信号属性,提取微弱故障特征;提出了导波时频特征增强和导波传播模式估计算法实现了导波特征增强和导波混叠模式分离。为了处理非平稳快时变信号,提出了高阶同步压缩小波变换。其核心思想是构建高阶瞬时频率估计算子,通过提高时频平面上每点的瞬时频率估计精度,以达到提高信号时频能量集中程度的目的。根据Plancherel定理给出了该算法的实现格式...
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 时频分析方法的现状
1.2.2 时频脊线提取方法的现状
1.2.3 时频分析在机械故障诊断应用的现状
1.2.4 微弱故障特征提取方法的现状
1.2.5 时频分析方法及其健康监测应用中面临的问题
1.3 本文研究工作
第二章 高阶同步压缩小波变换
2.1 引言
2.2 同步压缩变换原理
2.3 高阶同步压缩小波变换原理
2.4 高阶同步压缩小波变换理论分析
2.5 高阶同步压缩小波变换性质证明
2.6 高阶同步压缩小波变换算法实现
2.7 仿真分析与应用研究
2.7.1 仿真分析
2.7.2 应用研究
2.8 本章小结
第三章 自适应时频脊线提取算法
3.1 引言
3.2 传统时频脊线提取算法回顾
3.2.1 直接最大值脊线提取算法
3.2.2 惩罚函数脊线提取算法
3.2.3 动态路径优化算法
3.3 自适应时频脊线提取算法原理
3.3.1 计算潜在峰值
3.3.2 跟踪脊线目标
3.4 仿真分析与应用研究
3.4.1 多脊线提取验证
3.4.2 交叉间断脊线提取验证
3.4.3 实际信号脊线提取验证
3.5 本章小结
第四章 自适应谱峭度算法
4.1 引言
4.2 谱峭度回顾
4.3 自适应谱峭度
4.3.1 基于形态学滤波器计算峰值分布平面
4.3.2 基于大津算法的阈值挑选
4.3.3 基于Meyer小波的滤波器组
4.4 仿真分析与应用研究
4.4.1 仿真分析
4.4.2 应用研究
4.5 本章小结
第五章 导波模式分离研究
5.1 引言
5.2 导波基本理论
5.3 导波时频特征增强算法
5.4 导波传播模式估计算法
5.5 应用研究
5.5.1 Lamb波模式混叠信号分析
5.5.2 疲劳裂纹损伤信号分析
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 本文的创新点
6.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间成果
附录 高阶同步压缩小波变换性质引理证明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于线调频小波路径追踪阶比能量解调的齿轮轮齿裂纹故障诊断[J]. 陈向民,于德介,任凌志,皮维. 中国机械工程. 2011(21)
[2]基于多尺度线调频基稀疏信号分解的广义解调方法及其在齿轮故障诊断中的应用[J]. 皮维,于德介,彭富强. 机械工程学报. 2010(15)
[3]基于多尺度线调频基稀疏信号分解的轴承故障诊断[J]. 彭富强,于德介,罗洁思,武春燕. 机械工程学报. 2010(07)
博士论文
[1]参数化时频分析理论、方法及其在工程信号分析中的应用[D]. 杨扬.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]多分量非平稳信号的时频分析方法研究[D]. 张雪芹.山东大学 2018
本文编号：3687795
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 时频分析方法的现状
1.2.2 时频脊线提取方法的现状
1.2.3 时频分析在机械故障诊断应用的现状
1.2.4 微弱故障特征提取方法的现状
1.2.5 时频分析方法及其健康监测应用中面临的问题
1.3 本文研究工作
第二章 高阶同步压缩小波变换
2.1 引言
2.2 同步压缩变换原理
2.3 高阶同步压缩小波变换原理
2.4 高阶同步压缩小波变换理论分析
2.5 高阶同步压缩小波变换性质证明
2.6 高阶同步压缩小波变换算法实现
2.7 仿真分析与应用研究
2.7.1 仿真分析
2.7.2 应用研究
2.8 本章小结
第三章 自适应时频脊线提取算法
3.1 引言
3.2 传统时频脊线提取算法回顾
3.2.1 直接最大值脊线提取算法
3.2.2 惩罚函数脊线提取算法
3.2.3 动态路径优化算法
3.3 自适应时频脊线提取算法原理
3.3.1 计算潜在峰值
3.3.2 跟踪脊线目标
3.4 仿真分析与应用研究
3.4.1 多脊线提取验证
3.4.2 交叉间断脊线提取验证
3.4.3 实际信号脊线提取验证
3.5 本章小结
第四章 自适应谱峭度算法
4.1 引言
4.2 谱峭度回顾
4.3 自适应谱峭度
4.3.1 基于形态学滤波器计算峰值分布平面
4.3.2 基于大津算法的阈值挑选
4.3.3 基于Meyer小波的滤波器组
4.4 仿真分析与应用研究
4.4.1 仿真分析
4.4.2 应用研究
4.5 本章小结
第五章 导波模式分离研究
5.1 引言
5.2 导波基本理论
5.3 导波时频特征增强算法
5.4 导波传播模式估计算法
5.5 应用研究
5.5.1 Lamb波模式混叠信号分析
5.5.2 疲劳裂纹损伤信号分析
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 本文的创新点
6.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间成果
附录 高阶同步压缩小波变换性质引理证明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于线调频小波路径追踪阶比能量解调的齿轮轮齿裂纹故障诊断[J]. 陈向民,于德介,任凌志,皮维. 中国机械工程. 2011(21)
[2]基于多尺度线调频基稀疏信号分解的广义解调方法及其在齿轮故障诊断中的应用[J]. 皮维,于德介,彭富强. 机械工程学报. 2010(15)
[3]基于多尺度线调频基稀疏信号分解的轴承故障诊断[J]. 彭富强,于德介,罗洁思,武春燕. 机械工程学报. 2010(07)
博士论文
[1]参数化时频分析理论、方法及其在工程信号分析中的应用[D]. 杨扬.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]多分量非平稳信号的时频分析方法研究[D]. 张雪芹.山东大学 2018
本文编号：3687795
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