Hilbert-Huang变换在干式真空泵故障诊断中的应用研究

论文摘要

随着真空应用领域的不断扩大和真空应用要求的提高,传统的油润滑真空设备已经越来越不能够满足市场上的苛刻要求。因此,市场出现了各种不同类型的干式真空泵,以满足无油洁净真空的需要。所以对干式真空泵的故障诊断的研究是非常必要的。传统的基于线性、平稳假定的故障特征提取方法不能准确提取非平稳信号的时频变化特征,因此,采用了适于处理非线性、非平稳信号的新方法—Hilbert-Huang变换（HHT）,提取旋转机械非平稳信号的故障特征。概述了旋转机械故障诊断的发展现状及意义;详细介绍了HHT研究的背景与发展现状;阐述了故障诊断的基本环节及旋转机械几种常见的故障;比较研究了常用的旋转机械故障诊断方法及其优缺点;并对几种常用的时频方法进行了简要阐述。系统研究了HHT的基础理论。阐述了经验模态分解（EMD）的重要意义;从瞬时频率的定义出发,分析了能够使得瞬时频率有意义的内禀模态函数（IMF）,概述了EMD的完备性和局部正交性;归纳总结了HHT方法当前存在的主要问题。针对采样率过低造成的对EMD算法的影响,采用了一种信号内插式方法对信号进行重构;在筛选算法方面引进了局部筛选算法;研究了基于神经网络延拓法和镜像闭合延拓法两种算法的不足,为了克服这些不足引入了可变长包络极值镜像延拓法。基于Matlab编程实现了HHT算法及传统的Hilbert变换包络解调方法。将HHT方法应用于干式真空泵的故障诊断中,进行试验数据分析,并与传统的Hilbert变换包络解调方法进行比较,结果表明HHT在故障特征频率提取方面具有更高的分辨率和准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 旋转机械故障诊断的发展现状及意义
• 1.1.1 机械故障诊断的发展现状
• 1.1.2 旋转机械故障诊断的意义
• 1.2 Hilbert-Huang 变换的背景、发展与现状
• 1.2.1 Hilbert-Huang 变换研究的背景
• 1.2.2 Hilbert-Huang 变换研究的发展与现状
• 1.3 课题来源、本文主要研究内容及意义
• 第2章 旋转机械的故障诊断及时频分析的应用
• 2.1 故障诊断的基本环节
• 2.1.1 确立运行状态监测的对象
• 2.1.2 信息采集
• 2.1.3 信号的提取与处理
• 2.1.4 故障诊断
• 2.2 旋转机械几种常见故障的介绍
• 2.2.1 转子不平衡
• 2.2.2 转子不对中
• 2.2.3 旋转失速
• 2.2.4 转子与静止件摩擦
• 2.3 常用的旋转机械故障诊断方法
• 2.3.1 灰色诊断技术
• 2.3.2 模糊诊断技术
• 2.3.3 故障诊断专家系统
• 2.3.4 人工智能与人工神经网络
• 2.4 时频分析及其在故障诊断中的应用
• 2.4.1 信号时间、频率描述
• 2.4.2 常见的时频分析方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 Hilbert-Huang 变换
• 3.1 Hilbert-Huang 变换中的基本概念
• 3.1.1 特征时间尺度
• 3.1.2 瞬时频率
• 3.1.3 内禀模态函数
• 3.2 Hilbert-Huang 变换算法实现过程
• 3.2.1 EMD 方法
• 3.2.2 EMD 分解的完备性和正交性
• 3.2.3 Hilbert 谱及边际谱
• 3.3 Hilbert-Huang 变换存在的问题
• 3.3.1 基本理论的进一步建立
• 3.3.2 包络线和均值曲线的拟合
• 3.3.3 模态混叠
• 3.3.4 端点效应
• 3.3.5 筛选终止条件问题
• 3.4 本章小结
• 第4章 EMD 算法的改进研究
• 4.1 采样频率对EMD 分解的影响及其改进研究
• 4.1.1 采样频率对EMD 分解的影响
• 4.1.2 基于对信号内插式重构的EMD 改进算法
• 4.2 EMD 筛选算法改进的研究
• 4.2.1 经典筛选算法
• 4.2.2 EMD 筛选算法的改进
• 4.2.3 EMD 筛选终止条件改进的研究
• 4.2.4 仿真效果比较
• 4.3 EMD 的端点效应及其改进方法
• 4.3.1 三次样条插值产生端点效应的机理
• 4.3.2 特征波分析
• 4.3.3 神经网络延拓分析
• 4.3.4 镜像闭合延拓分析
• 4.3.5 可变长包络极值镜像延拓法
• 4.3.6 延拓仿真性能比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 Hilbert-Huang 变换在干式真空泵故障诊断中的应用研究
• 5.1 干式真空泵简介
• 5.1.1 干式真空泵的出现
• 5.1.2 干式真空泵的种类
• 5.1.3 干式真空泵的特点
• 5.2 干式真空泵常见的故障形式
• 5.3 干式真空泵故障诊断实验
• 5.3.1 实验原理简介
• 5.3.2 实验元件简介
• 5.3.3 实验数据分析
• 5.4 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