基于小波分析的机械振动故障分析

论文摘要

随着现代科学技术的进步和自动化程度的提高,机械设备日益复杂,应用领域不断拓宽。如果能及时地对其进行监测和诊断,便可以及早发现潜在的故障,减少突发事故造成的停产损失,有效地提高企业的收益。小波分析是一种时频分析方法,很适合探测信号中的瞬态反常现象,并且能更有效地把真实信号和噪声信号区分开来,达到消除噪声的目的,同时还不受信号状态的影响。针对这一特点,本文着重在小波阈值降噪、基于小波分析的故障分析和诊断方面作了相关研究。通过研究小波理论在信号去噪方面的理论,采用一种改进的小波软阈值算法。此算法根据信噪比的不同,设计了两种阈值函数,使原有的阈值去噪稳定性依赖于信噪比的情况得以改善。通过对各分层小波分解的高频系数选取不同的阈值进行处理,有效地消除噪声。分别在不同信噪比的情况下,采用Matlab7.0小波工具箱中的四种门限阈值及改进阈值函数方法分别对待处理信号进行降噪仿真,改进算法在信噪比较小的情况下,仍然保持较好的降噪效果。通过对机械振动故障诊断的全面分析,改进了传统的小波包能量算法,将小波包分解后的各个节点的能量跟时间参数结合在一起,此方法考虑到每个分解频带上的能量在时间轴上的分布特点,更好的揭示能量随时间变化的分布情况,同时引入了包络分析,更好体现了故障信号出现的间断点或尖脉冲,提高信号分析处理的精确度。基于Matlab7.0软件环境,开发了一套机械振动信号故障诊断系统,该系统包括主界面、时域分析、频域分析、小波去噪分析、小波能量分析、故障诊断和转子台系统六大部分。在本系统中诊断的故障信号以750W化纤电极整数槽电机信号及WS-ZHT1型转子试验台信号作为实例进行故障分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 机械振动故障诊断的目的及意义
• 1.2 机械振动故障诊断的发展状况
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内机械振动故障诊断技术的研发及应用
• 1.3 小波分析的概述及发展现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 机械振动故障诊断类型及特性分析
• 2.1 机械振动故障诊断的概述
• 2.2 转子不平衡
• 2.3 轴承故障
• 2.4 定子异常产生的电磁振动
• 2.5 碰磨故障
• 2.6 基座或装配松动及滑动轴承振动
• 2.7 本章小结
• 第三章 故障诊断中常用的信号处理方法
• 3.1 时域分析法
• 3.2 频域分析
• 3.2.1 幅值谱分析
• 3.2.2 功率谱分析
• 3.2.3 倒频谱分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 小波分析理论
• 4.1 小波变换简介
• 4.2 连续小波变换
• 4.3 离散小波变换
• 4.4 多分辨率分析
• 4.5 小波包分析
• 4.5.1 小波包的定义
• 4.5.2 小波包分解的信号重构
• 4.5.3 小波包分析的优点
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于小波分析的故障诊断
• 5.1 小波阈值去噪分析
• 5.1.1 小波去噪原理
• 5.1.2 改进的小波阈值去噪分析
• 5.1.3 小波去噪算法仿真
• 5.2 小波包故障诊断技术
• 5.2.1 传统的小波包能量分析
• 5.2.2 改进的小波包能量分析
• 5.2.3 故障诊断算法仿真
• 5.3 本章小结
• 第六章 机械故障诊断系统的研究
• 6.1 实验系统简介
• 6.2 MATLAB简介
• 6.2.1 MATLAB的基本组成
• 6.2.2 MATLAB的特点
• 6.3 故障诊断软件系统与界面设计
• 6.3.1 主界面设计与功能介绍
• 6.3.2 时域分析界面设计与功能介绍
• 6.3.3 频域分析界面设计与功能介绍
• 6.3.4 小波去噪分析界面设计与功能介绍
• 6.3.5 小波能量分析界面设计与功能介绍
• 6.3.6 故障诊断界面设计与功能介绍
• 6.3.7 转子台系统分析界面设计与功能介绍
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢