【畢業(yè)學(xué)位論文】(Word原稿)第二代小波變換在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用研究-載運(yùn)工具運(yùn)用工程第二代小波在旋轉(zhuǎn)故障診斷中的應(yīng)用研究

I 中圖分類號(hào)： 論文編號(hào)： 1028707 08科分類號(hào)： 082304 密 級(jí)：公開 碩士學(xué)位論文 第二代小波變換在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用研究 研究生姓名 于明月 學(xué)科、專業(yè) 載運(yùn)工具運(yùn)用工程 研究方向 第二代小波在旋轉(zhuǎn)故障診斷 中 的 應(yīng)用 研究 指導(dǎo)教師 陳 果 副教授 南京航空航天大學(xué) 研究生院 民航學(xué)院 二 八年 三 月 on in of u of 2008 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱 ,可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。 作者簽名： 日 期 ： _ 南京航空航天大學(xué)碩士研究學(xué)位論文 I 摘 要 小波分析在時(shí)域和頻域同時(shí)具有良好的局部化特性，因此較 析具有更大的優(yōu)越性。目前在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中得到了廣泛應(yīng)用 。第 2代小波變換繼承了傳統(tǒng)小波變換的時(shí)頻局部化特性，所有的運(yùn)算在時(shí)域上進(jìn)行，小波基函數(shù)不再是由某一個(gè)函數(shù)的平移和伸縮而產(chǎn)生，具有算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度高、占用 內(nèi)存少等優(yōu)點(diǎn) 。本文利用第 2代小波變換，針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子和軸承故障診斷問題，進(jìn)行了如下研究工作： （ 1）基于第 2 代小波變換的轉(zhuǎn)子故障信號(hào)降噪處理。傳統(tǒng)的小波降噪方法對(duì)轉(zhuǎn)子信號(hào)進(jìn)行去噪處理時(shí) ，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和信號(hào)采樣頻率對(duì)小波分解層數(shù)的選擇具有很大的影響，因此，去噪過程難于自動(dòng)完成。本文針對(duì)該問題，利用第 2 代小波變換，提出了基于尺度變換的小波自動(dòng)去噪方法，通過對(duì)原始信號(hào)按一定方法進(jìn)行重采樣，并與小波軟閾值去噪方法相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)去噪處理，該方法可以消除轉(zhuǎn)速和采樣頻率的影響，毋須人為選取小波分解層數(shù)，整個(gè)去噪過程自動(dòng)完成。最后，利用轉(zhuǎn)子故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)器采集不平衡、不對(duì)中、油膜渦動(dòng)及碰摩故障數(shù)據(jù)進(jìn)行了降噪分析，取得了滿意的效果。 （ 2）基于第 2 代小波變換的轉(zhuǎn)子故障信號(hào)特征提取。針對(duì)小 波頻段能量特征提取受旋轉(zhuǎn)速度和采樣頻率的變化影響，本文運(yùn)用尺度變換原理，通過對(duì)原始時(shí)間信號(hào)進(jìn)行重采樣，對(duì)重采樣后的信號(hào)進(jìn)行第 2 代小波變換，并統(tǒng)一分解到給定層上，從而獲取信號(hào)的頻帶特征。該方法能夠消除轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和信號(hào)采樣頻率對(duì)小波分解頻帶分布的影響，所提取出的頻帶能量特征具有統(tǒng)一的物理意義。最后，利用轉(zhuǎn)子故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)器，獲取了轉(zhuǎn)子不平衡、不對(duì)中、油膜渦動(dòng)及碰摩 4 類故障數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了特征提取，并構(gòu)造了結(jié)構(gòu)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了診斷分析。獲得了很高的識(shí)別率。 （ 3）基于第 2 代小波變換的滾動(dòng)軸承故 障信號(hào)分析。分析了滾動(dòng)軸承故障特征，利用第 2 代小波變換將滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)加速度信號(hào)分解到不同尺度，提取出共振頻帶，然后 利用 換進(jìn)行解調(diào)，再對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析得到小波包絡(luò)譜，從包絡(luò)譜上獲取軸承故障特征信息。本文利用 美國(guó) 氣 工程實(shí)驗(yàn)室的滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái) 獲取的滾動(dòng)軸承故障數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析驗(yàn)證，結(jié)果表明了方法的有效性。 關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)機(jī)械；故障診斷；降噪；特征提取；小波變換；第二代小波變換；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；轉(zhuǎn)子；滾動(dòng)軸承。 第二代小波在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用研究 in it is is in nd of is on by or of a no In nd as In nd is to of (1) on nd to on of of it is to of In at nd a on is to to of of be In of be on to do (2) of on nd is at by of in to nd is to so as to of 京航空航天大學(xué)碩士研究學(xué)位論文 of to on of is of is (3) on nd is nd is to of to is is to of to of by to is nd 第二代小波在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用研究 錄 摘 要 . I . 錄 . 表清單 . 一章 緒 論 . 1 轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子故障診斷的意義 . 1 子和軸承常見故障 . 1 子常見故障 . 1 動(dòng)軸承故障 . 2 動(dòng)軸承故障 . 3 轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷研究現(xiàn)狀 . 5 障信號(hào)降噪處理技術(shù) . 5 障信號(hào)特征提取 . 6 障狀態(tài)識(shí)別 . 7 二代小波分析方法及其在轉(zhuǎn)子故障診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀 . 9 文主要研究?jī)?nèi)容 . 10 第二章 第二代小波分析的基本理論 . 11 波分析簡(jiǎn)介 . 11 波變換 . 11 分辨率分析 . 14 二代小波的基本理論和方法 . 17 波分解與重構(gòu)的多相位表示 . 18 項(xiàng)式的 法 . 20 相位矩陣的因子分解 . 21 升算法 . 23 結(jié) . 28 第三章 轉(zhuǎn)子與滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái) . 29 子試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介 . 29 功能轉(zhuǎn)子故障模擬試驗(yàn)臺(tái) . 29 空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)器簡(jiǎn)介 . 31 動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介 . 33 結(jié) . 35 第四章 第二代小 波變換在轉(zhuǎn)子故障信號(hào)降噪中的應(yīng)用研究 . 36 見的小波降噪的方法與原理 . 36 噪問題的描述 . 36 波變換模極大去噪 . 37 于小波變換尺度間相關(guān)性的去噪 . 38 波閾值去噪法 . 38 種小 波去噪方法的比較 . 40 極大值法去噪 . 40 南京航空航天大學(xué)碩士研究學(xué)位論文 V 關(guān)性去噪 . 40 波收縮閾值法去噪 . 41 移不變量小波法去噪 . 41 二代小波降噪原理與方法 . 41 于尺度變換的第二代小波自適應(yīng)降噪新方法 . 44 于尺度變換的第二代小波自適應(yīng)降噪新方法在轉(zhuǎn)子故障信號(hào)降噪中的應(yīng)用 . 47 對(duì)中故障實(shí)驗(yàn)信號(hào)降噪 . 47 平衡故障實(shí)驗(yàn)信號(hào)降噪 . 48 摩故障實(shí)驗(yàn)信號(hào)降噪 . 50 膜渦動(dòng)故信號(hào)降噪 . 51 結(jié) . 53 第五章 基于第二代小波分析的旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子故障特征提取 . 54 見的特征提取方法 . 54 域分析方法 . 54 計(jì)特征參量分析 . 54 關(guān)分析（時(shí)域同步平均分析） . 56 域分析 . 57 間序列分析 . 58 波分析 . 59 于能量分布的小波特征提取的原理 . 59 二代小波變換在轉(zhuǎn)子故障信號(hào)特征提取中的研究 . 60 于尺度變換的第二代小波能量特征提取新方法 . 62 于尺度變換的第二代小波能量特征提 取新方法在轉(zhuǎn)子故障診斷中的應(yīng)用 . 63 子多故障的集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷實(shí)驗(yàn)研究 . 65 本產(chǎn)生 . 65 于結(jié)構(gòu)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的集成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 . 65 子故障識(shí)別結(jié)果 . 66 結(jié) . 67 第六章 基于第 2 代小波 變換的滾動(dòng)軸承的故障診斷 . 68 述 . 68 動(dòng)軸承振動(dòng)特征 . 68 障軸承振動(dòng)信號(hào)特點(diǎn) . 70 承內(nèi)滾道損傷 . 71 承外滾道損傷 . 71 動(dòng)體損傷 . 71 二代小波變換在滾動(dòng)軸承故障診斷中的研究 . 72 常軸承的頻率特性 . 73 承內(nèi)圈故障診斷 . 73 承外圈故障診斷 . 74 承滾動(dòng)體故障診斷 . 75 結(jié) . 75 結(jié)論與展望 . 76 參考文獻(xiàn) . 77 致 謝 . 82 第二代小波在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用研究 讀碩士期間所發(fā)表的論文 . 83 附錄 1 轉(zhuǎn)子模擬故障實(shí)驗(yàn)樣本集 . 84 南京航空航天大學(xué)碩士研究學(xué)位論文 表清單 圖 波時(shí)間 頻率窗 . . . . . . 13 圖 波 一維信號(hào)的分解與重構(gòu)過程 升小波分解與重構(gòu)的多相位表示 于提升小波的正向小波變換流程圖 . 向小波變換的提升算法 . 小波變換的提升算法 于提升小波的逆向小波變換流程圖 功能轉(zhuǎn)子模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái) . 功能轉(zhuǎn)子模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái) . 驗(yàn)裝置信號(hào)采集原理圖 空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)器 . 子試驗(yàn)器剖面圖 . . . . . . 32 圖 空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)器振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)原理圖 . . . 32 圖 動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái) . . . . . . 33 圖 計(jì)小波系數(shù)的軟閾值與硬閾值方法 . 一代小波與第二代小波對(duì) 號(hào)的去噪效果比較 . 一代小波與第二代小波對(duì) 號(hào)的去噪效果比較 . 200r/解不同尺度時(shí)用第二代小波降噪效果比較 45 圖 000r/解不同尺度時(shí)用第二代小波降噪效果比較 . 用本文方法得到的降噪后的信號(hào)（ 1200r/ 用本文方法得到的降噪后的信號(hào)（ 3000r/ . 560r/對(duì)中信號(hào) . 196r/對(duì)中信號(hào) . 用本文方法得到的降噪后的信號(hào)（ 2560r/ 用本文方法得到的降噪后的信號(hào)（ 3196r/ 535r /對(duì)中信號(hào) . 487r/ 平衡 信號(hào) . 文方法降噪結(jié)果（ 4535r/ 文方法降噪結(jié)果（ 5487r/ . 317r/摩信號(hào) 998r/摩信號(hào) 二代小波在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用研究 文方法降噪結(jié)果（ 4317r/ . 文方法降噪結(jié)果（ 5998r/ . 365r/摩數(shù)據(jù) . 290r/摩數(shù)據(jù) . 365r/文降噪后信號(hào) . 290r/文降噪后信號(hào) . 298r/摩信號(hào) . 681r/摩信號(hào) . 文 方法降噪 結(jié)果（ 5298r/ . 文方法降噪結(jié)果（ 3681r/ . 真信號(hào)第一代與第二代小波能量特征提取比較（ 1200r/ 61 圖 真信號(hào)第一代與第二代小波能量特征提取比較（ 3000r/. 62 圖 二代小波能量特征（ 1200r/ 二代小波能量特征（ 3000r/ 二代小波變換對(duì)不對(duì)中故障的特征提取結(jié)果 二代小波變換對(duì)不平衡故障的特征提取結(jié)果 二代小波變換對(duì)碰摩故障的