基于粗糙集的柴油机故障诊断的研究

论文摘要

柴油机发展到今天,其结构形式已基本确定。但在各部分功能的实现上不断地得到完善,应用技术上也不断地趋于复杂化、电气化和多样化。这对安全可靠运行、故障监测都提出了更高的要求。要求如果有故障隐患能够及时发现并及早采取有效措施,不至于发生大的事故。所以开展机车柴油机的故障诊断具有积极的现实意义和经济效益。本课题在总结和汲取国内外学者在该领域研究成果的基础上,结合实际课题要求,以粗糙集和小波分析相结合的理论方法为前提,通过监测柴油机气缸压力与曲轴转角的函数关系,提出了一套基于S3C2410嵌入式硬件平台的柴油机故障诊断系统的设计方案。论文从柴油机故障诊断机理出发,分析了利用柴油机气缸压力信号对其进行不解体故障诊断是完全可行的。随后采用粗糙集等理论作为故障诊断的关键技术,并着重分析了理论研究对诊断系统构建的指导意义。进而提出建立满足理论需要的柴油机故障诊断系统的硬件方案,主要功能包括故障数据采集、数据记录、数据分析和数据通讯等。在气缸压力信号采集过程中,自行设计了平衡式高温压力传感器,并采取了曲轴转角信号和压力信号同步采集的方式,以便不同工作状态时压力信号的截取,为状态识别提供实验数据和判别依据。针对柴油机气缸压力信号获取故障特征信息,使用16位精度的A/D转换芯片保证了采样的时间和精度。重点阐述了以ARM为主处理器的数据采集处理前端模块的软硬件实现以及基于S3C2410硬件平台上各应用功能模块的搭建。系统充分考虑到诊断的实时性、可靠性、先进性和实用性,有效实现了柴油机的状态识别和故障诊断。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义及课题来源
• 1.1.1 研究的意义
• 1.1.2 课题来源
• 1.2 柴油机故障诊断的研究内容
• 1.2.1 故障机理的研究
• 1.2.2 状态信号的收集
• 1.2.3 特征信息选择与提取
• 1.2.4 故障分析与诊断决策
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 存在的问题和面临的困难
• 1.3.3 故障诊断的发展趋势
• 1.4 论文的主要内容
• 1.4.1 故障机理及故障诊断方法的理论研究
• 1.4.2 粗糙集和小波分析法在柴油机故障诊断中的应用
• 1.4.3 系统的结构研究和硬件设计
• 本章小结
• 第二章 柴油机故障诊断方法及理论指导
• 2.1 柴油机故障诊断方法
• 2.1.1 柴油机转速波动法
• 2.1.2 应用铁谱和光谱技术监测柴油机磨损状况
• 2.1.3 振动信号故障特征法
• 2.1.4 噪声分析法
• 2.1.5 气缸压力分析法
• 2.2 小波分析诊断法
• 2.2.1 小波变换及其算法
• 2.2.2 小波分析的特点
• 2.3 粗糙集理论
• 2.3.1 粗糙集理论的基础
• 2.3.2 粗糙集理论的特点
• 2.3.3 粗糙集理论应用的技术关键
• 2.4 理论研究的可行性分析
• 2.4.1 用小波分析法探测瞬态信号的可行性分析
• 2.4.2 用粗糙集进行故障诊断的可行性分析
• 2.5 粗糙集理论的应用及对系统设计的指导作用
• 本章小结
• 第三章 嵌入式故障诊断系统的总体设计
• 3.1 诊断对象
• 3.2 诊断参数选取及传感器的布置
• 3.3 诊断原理
• 3.4 诊断系统处理器的选用
• 3.5 嵌入式总体功能设计
• 3.6 系统诊断过程
• 本章小结
• 第四章 气缸压力信号采集模块的设计
• 4.1 平衡式高温压力传感器的设计
• 4.1.1 压力传感器的要求
• 4.1.2 压力传感器的类型选取
• 4.1.3 平衡式高温压力传感器结构设计
• 4.1.4 平衡式高温压力传感器的尺寸确定
• 4.1.5 运用有限元分析完成设计校验
• 4.1.6 传感器的布片方式
• 4.1.7 压力传感器测量电路
• 4.2 曲轴转角传感器的选取
• 4.2.1 光电编码器的结构
• 4.2.2 光电编码器的工作原理
• 4.3 信号调理电路
• 本章小结
• 第五章 系统工作流程和主要功能模块
• 5.1 数据采集模块
• 5.2 数据处理模块
• 5.2.1 S3C2410 系统主要特性
• 5.2.2 S3C2410 系统结构
• 5.2.3 ADS1.2 集成开发环境的使用
• 5.2.4 数据处理流程
• 5.3 数据存储模块
• 5.4 接口模块
• 5.4.1 UART 工作原理
• 5.5 软件设计要点
• 5.5.1 DMA
• 5.5.2 中断
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 平衡式高温压力传感器结构图
• 附录B 平衡式高温压力传感器有限元分析程序和部分结果
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢