基于阶比跟踪和AR模型的旋转机械故障诊断与状态预测技术研究

论文摘要

旋转机械振动测试是旋转机械故障诊断和状态监测的重要组成部分,采取合理的信号处理方法获取传感观测信号中的有效信息,在工程应用领域中具有重要意义。本文以旋转机械振动信号为研究对象,重点研究了基于阶比分析的非平稳信号故障提取技术和基于AR模型的状态预测方法。首先,针对旋转机械在升、降速过程中表现出的非平稳特征,在比较现有各种阶比跟踪方法优缺点的基础上,本文采用二次曲线拟合方法计算阶比重采样时刻,通过插值滤波器实现阶比重采样,得到角域信号,实现阶比跟踪。其次,对于阶比分析中的重要参数转速,本文提出基于一阶数字微分、Lagrange插值和三次样条曲线分段最小二乘拟合的转速计算方法,该方法可减小计算量和计算复杂度,并有效平滑转速计算中的误差和缺陷。再次,本文通过对时间序列ARMA、MA和AR模型的机理研究,提出了基于广义逆矩阵最小二乘估计AR模型参数的方法,该方法解决了AR建模中线性方程组无解情况下的参数估计问题,进而根据阿凯克信息论准则确定模型阶次,可成功应用于机械设备运行过程的状态预测。最后,作为本课题关键技术的载体,开发了基于Visual C++的加工中心在线监测系统,实现了阶比分析和时间序列分析算法,为设备状态监测提供了技术上的支持和保障。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 状态监测与故障诊断技术的现状与进展
• 1.2.1 故障信息的获取
• 1.2.2 故障机理与故障征兆研究
• 1.2.3 信号分析与特征提取技术
• 1.2.4 故障诊断与决策方法
• 1.3 课题的研究目的和主要研究内容
• 1.3.1 课题的研究目的
• 1.3.2 论文的主要研究内容
• 第二章 旋转机械典型故障振动机理研究
• 2.1 旋转机械典型振动
• 2.2 转子不平衡
• 2.3 转子不对中
• 2.4 转子裂纹
• 2.5 油膜涡动与油膜振荡
• 2.6 摩擦
• 2.7 机械性松动
• 2.8 本章小结
• 第三章 计算阶比跟踪技术研究
• 3.1 阶比跟踪技术
• 3.1.1 硬件式阶比跟踪
• 3.1.2 计算阶比跟踪
• 3.2 计算阶比跟踪技术研究
• 3.2.1 基于二次曲线拟合的计算阶比跟踪
• 3.2.2 基于惠特克插值的阶比重采样
• 3.2.3 抗阶比混叠跟踪滤波
• 3.3 实例分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 旋转机械转速算法研究
• 4.1 转速计算机理
• 4.1.1 一阶数字微分插值原理
• 4.1.2 基于一阶数字微分的转速计算
• 4.1.3 基于Lagrange 插值的转速计算
• 4.2 转速曲线平滑
• 4.2.1 转速曲线多项式最小二乘拟合
• 4.2.2 转速曲线分段加权叠加
• 4.3 转速算法实现
• 4.4 实例分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于时间序列分析的旋转机械状态预测研究
• 5.1 时间序列模型的结构特征
• 5.1.1 机械设备运行过程中数据序列的特点
• 5.1.2 时序模型机理研究
• 5.2 自回归模型参数估计研究
• 5.2.1 AR 模型参数的最小二乘估计原理
• 5.2.2 基于广义逆矩阵理论估计AR 模型参数
• 5.2.3 AR 模型阶次判定准则
• 5.3 AR 模型的建立及其算法实现
• 5.4 实例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于Visual C++的加工中心在线监测系统的开发
• 6.1 在线监测系统的需求分析
• 6.2 基于Visual C++的加工中心在线监测系统总体方案设计
• 6.2.1 分布式在线监测与故障诊断系统的结构模型
• 6.2.2 加工中心在线监测系统的总体结构
• 6.3 在线监测系统软件设计与实现
• 6.3.1 实时监测
• 6.3.2 实时分析
• 6.3.3 数据存储
• 6.4 本章小节
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢