基于虚拟仪器的电机振动监测系统研究及实现

论文摘要

长期以来,电机的振动问题一直困扰着许多工程技术人员。由于缺乏可行的监测和诊断方法,此类问题一旦出现,往往得不到彻底地解决。通过监测电机的运行状况并及时地诊断出电机的故障,这样可以提高生产设备的效率,保证生产的顺利进行。为了解决这个问题,本文将虚拟仪器技术应用于电机的振动问题,建立基于虚拟仪器的电机振动监测系统,该系统充分利用了计算机技术带来的成果,在花费较少的情况下,能够较传统分析仪器更加深入的对电机振动信号进行分析,并实现电机故障的自动诊断。本文主要进行了以下几个方面的工作：首先,本文根据电机振动监测系统的功能要求,构建了电机振动信号采集系统。根据加速度传感器的工作原理,针对电机振动信号采集系统的要求,确定了传感器和虚拟仪器数据采集卡的型号,完成了振动数据采集系统的硬件设计。在此基础上,设计了振动信号采集、数据保存及查询程序,为振动信号的在线和离线分析提供了必要条件。其次,针对电机振动信号非平稳性的特点,通过振动数据的多分辨率分析,提出了一种基于非抽取小波的电机振动信号去噪分析算法,合理的选择参数,有效的实现了振动原始信号的去噪。利用连续小波变换只保留信号幅值信息的特点,研究了基于小波的信号突变点检测算法,并提出了一种基于连续小波的电机振动信号突变点检测方法,有效的实现了振动信号的突变点检测。再次,根据转子不平衡和定子异常产生的电磁振动两种故障的信号特征,通过研究频谱分析理论,并结合相关性分析,提出了一种基于功率谱密度互相关分析的电机振动故障诊断方法,有效的实现了振动故障的自动诊断。最后,完成了基于LabVIEW的电机振动监测系统各个模块的具体设计,并对整个系统进行性能测试。本文讨论了基于虚拟仪器的电机振动监测系统的构成,并通过研究基于LabVIEW的振动信号小波分析算法和电机故障诊断的方法,完成了整个系统的设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电机故障诊断技术
• 1.1.1 电机故障诊断技术的现状
• 1.1.2 电机故障诊断的相关理论与技术
• 1.2 电机振动机理
• 1.2.1 电机振动特性概述
• 1.2.2 电机振动原因分析
• 1.2.3 电机振动诊断方法
• 1.3 电机振动监测系统
• 1.3.1 电机振动监测
• 1.3.2 电机振动异常诊断
• 1.3.3 虚拟仪器技术在电机振动与诊断系统中的应用
• 1.4 本文所做的工作
• 第2章 电机振动信号采集系统的构建
• 2.1 基于LabVIEW的电机振动信号采集系统总体设计
• 2.2 采集系统硬件部分
• 2.2.1 数据采集卡的选型
• 2.2.2 传感器的选型及外围电路特性
• 2.2.3 硬件系统集成
• 2.3 采集系统软件部分
• 2.3.1 数据采集系统的软件构架
• 2.3.2 基于LabVIEW的软件系统设计
• 2.4 电机振动信号采集系统测试
• 2.4.1 信号采集系统测试
• 2.4.2 数据保存及查询方式的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于LabVIEW的振动信号小波分析及实现
• 3.1 小波理论概述
• 3.1.1 小波变换
• 3.1.2 小波包
• 3.1.3 小波变换在电机振动信号分析中的应用
• 3.2 基于小波变换的信号去噪分析
• 3.2.1 基函数的选取
• 3.2.2 分解尺度的确定
• 3.2.3 阈值准则及阂值函数的选取
• 3.2.4 非抽取小波算法研究
• 3.2.5 基于LabVIEW的去噪算法实现
• 3.3 基于小波变换的信号频带分析
• 3.3.1 频带分析理论概述
• 3.3.2 任意路径小波算法研究
• 3.3.3 基于LabVIEW的任意路径小波算法实现
• 3.4 基于连续小波的信号突变点检测
• 3.4.1 连续小波概述
• 3.4.2 突变点检测算法研究
• 3.4.3 基于LabVIEW的突变点检测方法实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 电机振动故障分析
• 4.1 电机振动特性分析
• 4.1.1 转子不平衡振动故障原因分析
• 4.1.2 定子异常产生的电磁振动故障原因分析
• 4.2 振动故障诊断分析方法
• 4.2.1 振动信号的频谱分析
• 4.2.2 振动信号的相关性分析
• 4.3 振动故障的功率谱密度分析
• 4.3.1 转子不平衡故障功率谱分析
• 4.3.2 定子异常引起的电磁振动故障功率谱密度分析
• 4.4 振动故障功率谱密度的互相关性分析
• 4.4.1 转子不平衡故障诊断
• 4.4.2 定子异常引起的电磁振动故障诊断
• 4.5 实验数据分析
• 4.5.1 转子不平衡故障数据分析
• 4.5.2 定子异常引起的电磁振动故障数据分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于LabVIEW的电机振动监测系统设计
• 5.1 电机振动监测系统总体设计
• 5.1.1 振动信号分析与处理模块设计
• 5.1.2 振动故障诊断模块设计
• 5.1.3 未知故障处理模块设计
• 5.2 系统测试
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文的工作回顾
• 6.2 今后的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的科研情况
• 附录