论文题目: 基于曲轴角振动信号的内燃机故障诊断系统关键技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械设计及理论
作者: 闫兵
导师: 王金诺
关键词: 内燃机,故障诊断,角振动,滤波,采样
文献来源: 西南交通大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着内燃机的广泛使用和现代科学技术的发展,传统的事后维修和定时检测已不适应目前视情维修体制的要求;而由于内燃机的复杂性,一般的机械故障诊断技术也难以直接应用于内燃机故障诊断,因此,必须发展针对内燃机特点的状态监测和故障诊断技术。内燃机曲轴角振动信号以其测量简便和信息丰富的优点,得到了国内外的广泛关注,是目前内燃机故障诊断领域的前沿和研究热点。本文针对内燃机曲轴角振动诊断系统研制中,在信号测量、信号处理及诊断方法等关键技术上存在的问题,提出了A/D采样拟合法、畸点滤波法和曲轴角振动简谐诊断法,为研制实用而有效的内燃机曲轴角振动诊断系统奠定了理论基础。 本文首先按照软件加通用硬件替代专用仪器的虚拟仪器设计思想,提出了基于通用A/D采样卡的角振动测量新方法——A/D采样拟合法。该方法具有测量精度较高、硬件成本低、通用性强、测量持续时间长的优点,并能实现角振动信号与其它信号的同步测量。利用A/D采样拟合法测量持续时间长,可以采集较大内燃机工作循环数的优点,进行了内燃机非稳定工况角振动测量分析。揭示了内燃机工况不稳定会导致曲轴角振动信号中存在趋势项这一本质特性,研究了趋势项对扭振分析的影响及消除方法。对A/D采样拟合法进行了完善,提出了消除角振动随机测量误差的循环内多点平均方法。 通过对曲轴角振动信号中干扰信号基本特性的分析,本文提出了一种只衰减周期信号中畸点处误差值而不影响非畸点处原值的畸点滤波法。对畸点滤波法的关键步骤进行了证明,推导了畸点处误差值衰减的规律,估计了畸点滤波法计算量。为适应在线测量或实时控制的运算速度要求,提出了畸点滤波快速算法。畸点滤波法及其快速算法不仅可以用于曲轴角振动信号滤波,还可广泛用于其他各种周期性信号、甚至衰减简谐信号中。为消除衰减简谐信号中的畸点,本文提出了一种先将衰减简谐信号变换为同频简谐信号,再采用畸点滤波法消除衰减简谐信号中畸点的思路。将衰减简谐信号成分变换成同频简谐信号,可用本文提出的模态参数识别新方法——负阻尼傅立叶变换实现。 论文以内燃机动力学和傅立叶变换理论为基础,深入研究了曲轴激振力矩与角振动响应间的关系,首次推导出了多缸内燃机任意测点的简谐角振动与各
论文目录:
第1章 绪论
1.1 选题意义
1.2 常用内燃机故障诊断方法及国内外现状
1.2.1 性能参数诊断法
1.2.2 油液分析法
1.2.3 振动诊断法
1.3 内燃机曲轴角振动诊断方法概述
1.3.1 波形分析法
1.3.2 诊断模型法
1.3.3 多特征综合法
1.3.4 扭振信号反演法
1.4 内燃机故障诊断系统及其相关技术的新进展
1.4.1 传感器技术
1.4.2 内燃机专项测试技术
1.4.3 信号处理技术
1.4.4 计算机技术对内燃机故障诊断的推动
1.4.5 内燃机故障诊断系统
1.5 曲轴角振动诊断系统技术难点及本文主要研究内容
1.5.1 内燃机曲轴角振动诊断系统关键技术的难点
1.5.2 论文主要研究内容和技术路线
1.6 本章小结
第2章 角振动测量的A/D采样拟合法
2.1 角振动测量技术概述
2.1.1 角振动测量技术发展过程
2.1.2 基于信号调理卡的角振动测量虚拟仪器TVM系统
2.2 A/D采样拟合法基本原理
2.3 A/D采样拟合法实验研究
2.3.1 采样频率与角振动测量精度的关系
2.3.2 曲轴角振动测量
2.3.3 停缸号诊断
2.4 内燃机非稳定工况角振动测量分析
2.5 循环内多点平均算法
2.5.1 理论分析
2.5.2 应用实例
2.6 本章小结
第3章 畸点滤波法及其应用
3.1 常用消除曲轴角振动信号中干扰信号的方法
3.2 畸点滤波法的基本原理
3.2.1 基本思想和处理步骤
3.2.2 畸点的确定方法及其证明
3.2.3 畸点处误差值的衰减规律及计算量估计
3.3 畸点滤波快速算法
3.4 畸点滤波法在周期性信号消噪中的应用研究
3.4.1 瞬时转速信号消噪
3.4.2 其他周期性信号消噪
3.5 畸点滤波法在衰减简谐信号消噪中的应用研究
3.5.1 基本思路
3.5.2 负阻尼傅立叶变换
3.5.3 负阻尼傅立叶变换精度分析
3.5.4 应用实例
3.6 本章小结
第4章 内燃机曲轴角振动简谐诊断法理论研究
4.1 基本关系式及推导
4.2 单谐次准刚体模型
4.3 推论1及其说明
4.4 推论2及其说明
4.5 推论3及其推导过程
4.6 推论4及其说明
4.7 推论5及其推导过程
4.8 本章小结
第5章 曲轴角振动简谐诊断法应用研究
5.1 推论1在内燃机工作状态监测中的应用
5.1.1 应用研究1
5.1.2 应用研究2
5.2 推论2在内燃机停缸号诊断中的应用
5.2.1 仿真计算
5.2.2 实验研究
5.3 推论3在内燃机故障缸功率损失率诊断中的应用
5.3.1 仿真计算
5.3.2 实验研究
5.4 推论4在内燃机漏气缸号诊断中的应用
5.5 推论5在内燃机各缸作功均匀性诊断中的应用
5.6 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及科研成果
发布时间: 2006-03-06
参考文献
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