小波解调方法在泵类旋转机械故障诊断中的应用研究

论文摘要

干式真空泵的正常运转是真空系统稳定工作的保证,液压泵是液压系统的“心脏”,所以对干式真空泵、液压泵等旋转机械进行状态检测和故障诊断技术的研究是非常必要的。论文以旋转机械故障特征提取技术为研究对象,提出了基于复解析小波的小波包络解调新方法并应用到干式真空泵、液压泵等故障诊断中。该研究不仅具有重要的理论意义,而且对其他旋转机械的故障诊断具有推广应用价值。概述了旋转机械振动监测技术相关理论,对振动信号采集过程中的测点位置以及传感器类型选择进行说明,并着重对振动信号的幅值域、时域以及频域分析方法进行了深入的研究。系统地研究了小波分析理论在振动信号分析领域的应用,与传统的基于FFT的信号分析方法相比有其独到的优势,能够满足大多数旋转机械振动信号分析的要求。采用传统的小波包络分析对振动信号进行分析处理时,通常需要对振动信号进行小波分解滤波,再进行Hilbert变换才能得到包络信号,运算过程复杂,运算量大,从而限制了其在实时诊断系统中的应用。基于Morlet复解析小波变换的正交性,提出基于小波簇的带通滤波和包络解调新方法。通过合理的选择小波参数,用多个单Morlet小波组成的小波簇可构成具有零相移、平顶通带及快速衰减过渡带特性的带通滤波器,用于提取振动信号的高频谐振成分。这种方法将信号滤波和Hilbert变换两个步骤合二为一,简化了运算步骤,缩短了运算时间,提高了故障诊断的实时性。将该方法用于液压泵、干式真空泵等泵类旋转机械故障振动信号分析处理之中,实验结果表明它能有效地提取故障特征频率,诊断结果验证了该方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 泵故障诊断概述
• 1.1.1 干式真空泵的发展状况
• 1.1.2 干式真空泵故障诊断的意义
• 1.1.3 干式真空泵故障诊断方法及研究现状
• 1.1.4 液压泵故障诊断方法及研究现状
• 1.2 小波理论在故障诊断中的应用现状
• 1.3 包络解调的发展及国内外现状
• 1.4 课题来源、论文主要研究内容及意义
• 第2章 振动监测技术
• 2.1 机械振动监测与分析技术
• 2.1.1 机械振动基础
• 2.1.2 振动监测技术一般步骤
• 2.1.3 振动监测系统组成
• 2.1.4 振动监测中的几个问题
• 2.2 振动信号的分析与处理
• 2.3 振动信号幅域分析方法
• 2.3.1 有量纲的参数
• 2.3.2 无量纲的参数
• 2.3.3 峭度指标
• 2.4 振动信号时域分析方法
• 2.4.1 时域同步平均法
• 2.4.2 相关分析
• 2.5 振动信号频域分析方法
• 2.5.1 傅立叶变换分析方法
• 2.5.2 离散傅立叶变换（DFT）
• 2.5.3 功率谱分析方法
• 2.5.4 倒频谱分析方法
• 2.6 本章小结
• 第3章 小波理论及其在信号处理中的应用
• 3.1 理论背景
• 3.2 小波分析
• 3.2.1 连续小波变换
• 3.2.2 离散小波变换
• 3.3 多分辨分析和 Mallat 算法
• 3.3.1 多分辨分析
• 3.3.2 小波变换的 Mallat 算法
• 3.4 小波包分析
• 3.4.1 小波包变换
• 3.4.2 小波包变换的 Mallat 算法
• 3.5 小波变换在故障诊断中的应用
• 3.5.1 信号的频带分离
• 3.5.2 信号的突变点检测
• 3.5.3 小波消噪分析
• 3.6 小波分析与其他分析方法的比较
• 3.6.1 同傅立叶变换比较
• 3.6.2 同短时傅立叶变换比较
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于复解析小波的包络解调技术
• 4.1 调制技术概述
• 4.1.1 调制的定义
• 4.1.2 振动信号调制现象的出现
• 4.2 解调分析方法原理
• 4.3 包络解调方法
• 4.3.1 希尔伯特解调方法
• 4.3.2 广义检波滤波原理及解调方法的应用
• 4.3.3 共振解调方法
• 4.4 带通滤波
• 4.5 基于复解析小波的滤波技术
• 4.5.1 常用的复小波
• 4.5.2 连续小波变换的快速算法
• 4.6 复 Morlet 小波提取信号特征的方法
• 4.6.1 单 Morlet 小波
• 4.6.2 Morlet 小波簇
• 4.6.3 复解析小波带通滤波器的优点
• 4.7 复解析小波包络解调分析
• 4.7.1 Hilbert 变换正交性
• 4.7.2 Morlet 小波簇的正交性
• 4.7.3 小波簇提取包络信号
• 4.7.4 小波簇包络解调方法仿真
• 4.8 本章小结
• 第5章 小波簇包络解调技术在泵类旋转机械故障诊断中的应用
• 5.1 干式真空泵振动故障的典型特征
• 5.2 干式真空泵故障诊断实验系统
• 5.2.1 实验系统组成
• 5.2.2 真空泵故障—轴承故障频率理论推导
• 5.3 传统小波包络解调在真空泵故障诊断中的应用
• 5.3.1 故障信号的 FFT 分析与诊断
• 5.3.2 故障信号的小波分析与诊断
• 5.4 小波簇包络新方法在真空泵故障诊断中的应用
• 5.5 小波簇包络新方法在液压泵故障诊断中的应用
• 5.5.1 液压泵实验简介
• 5.5.2 液压泵实验数据分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介