含噪声车用柴油机振动信号混沌与分形识别技术

论文摘要

车用柴油机具有多振源、宽频带、振动形态复杂等振动特点,为集摩擦学、热力学、动力学以及机械学为一体的复杂系统,其内部存在诸多不确定性因素和非线性作用机制。车用柴油机运转时产生振动,振源众多,这是其结构特点和工作性质决定的。振动大小是衡量车用柴油机工作质量的一个重要标志,柴油机的工作状态能够较灵敏地反映在其机体的振动信号上,振动信号是反映其内在关系极其有效的敏感参数。基于振动信号分析的柴油机状态监测系统,能够提高柴油机的工作效率,及时发现故障,最终提高汽车的安全性和可靠性。为了实现对含噪声车用柴油机振动信号的识别以及故障诊断,本文采用经验模态分解方法和小波分析相融合进行去噪处理,采用混沌与分形理论去噪声车用柴油机振动信号进行混沌与分形识别,论文主要工作与创新之处如下:(1)对车用柴油机振动信号基于EMD尺度滤波,应用小波分析方法对振动信号IMF分量作阈值处理,提出了一种基于EMD和小波分析融合的含噪声车用柴油机振动信号去噪处理算法。结果表明,经此算法处理的车用柴油机振动信号信噪比都提高了5.68dB左右,去噪效果十分明显。(2)去噪车用柴油机振动信号时间序列滞时均满足τ=1时,其时间序列基本满足相空间各维相对独立的要求,具有分形特征,影响其系统内部因素最多可达8个,最少不会少于1个。(3)分析了车用柴油机缸盖、缸套振动信号,对提取的燃烧激励、气阀落座激励、活塞撞击激励的机体振动时域信号进行了数据建模、功率谱估计,结果表明:时间序列分析方法对功率谱的估计适合柴油机特征信号的小样本分析,气体力激励柴油机缸盖振动响应幅值随柴油机负荷的增加而增加,气阀撞击柴油机缸盖的振动响应幅值随气阀间隙的增大而增大,且柴油机的负荷越大,该频段内的功率越集中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 柴油机振动信号国内外的研究状况
• 1.1.1 稳态或准稳态振动信号处理的研究
• 1.1.2 非平稳振动信号处理的研究
• 1.2 振动信号噪声处理的发展及现状
• 1.2.1 振动信号噪声处理的重要性
• 1.2.2 振动信号噪声处理理论与方法
• 1.2.3 振动信号噪声处理技术概述
• 1.3 混沌与分形理论概述
• 1.3.1 混沌学起源及发展
• 1.3.2 混沌与分形的定性和定量描述
• 1.4 车用柴油机振动信号处理与识别工程应用现状
• 1.5 选题背景和意义
• 1.5.1 选题背景
• 1.5.2 选题意义
• 1.6 论文的主要研究工作
• 第2章 车用柴油机振动特性分析
• 2.1 车用柴油机振动激励源分析
• 2.2 车用柴油机振动特征识别
• 2.2.1 气门机构与气体力激励振动特征
• 2.2.2 气阀敲击与气体力激励的振动特征
• 2.2.3 活塞敲击激励振动特征
• 2.3 本章小结
• 第3章 车用柴油机振动信号噪声处理方法
• 3.1 经验模态分解方法概述
• 3.2 EMD 去噪声处理原理
• 3.2.1 EMD 与Hilbert 变换结合提取信号瞬时特征
• 3.2.2 Hilbert-Huang 变换的辅助问题
• 3.3 基于EMD 的车用柴油机振动信号噪声处理
• 3.4 车用柴油机振动信号数据EMD 处理实例
• 3.5 本章小结
• 第4章 去噪声车用柴油机振动信号混沌与分形识别
• 4.1 混沌分析原理与方法
• 4.1.1 混沌吸引子及其特征描述
• 4.1.2 时间序列的相空间重构理论
• 4.2 去噪声车用柴油机振动信号混沌与分形诊断
• 4.2.1 去噪声车用柴油机振动信号相空间重构
• 4.2.2 时间序列滞时τ的确定
• 4.2.3 关联维数
• 4.3 去噪声车用柴油机振动信号混沌与分形识别实例
• 4.4 本章小结
• 第5章 车用柴油机振动信号混沌与分形识别系统
• 5.1 车用柴油机状态监测系统构成
• 5.1.1 硬件构成
• 5.1.2 上位机的串行通信程序设计
• 5.1.3 车用柴油机状况在线监测数据库的开发
• 5.1.4 软件系统的主要功能
• 5.2 车用柴油机振动特征信号分析
• 5.2.1 车用柴油机燃烧激励响应信号分析
• 5.2.2 车用柴油机气阀敲击响应信号分析
• 5.3 车用柴油机振动信号混沌与分形识别技术应用
• 5.3.1 关联维数计算结果
• 5.3.2 Lyapunov 指数计算结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢