畢業(yè)論文開題報告：基于高階譜的機電系統(tǒng)故障診斷

大學(xué)學(xué)士論文開題報告

學(xué) 院 機電及自動化學(xué)院
年 級 2008級
學(xué)科專業(yè) 機械電子
研究方向 基于高階譜的機電系統(tǒng)故障診斷
學(xué)位級別 學(xué)士
開題日期 2012年02月25日



二Ο一二年二月制表
擬撰寫學(xué)位論文的題目 基于高階譜的機電系統(tǒng)故障診斷
支持學(xué)位論文研究的科研項目 科研（國家級基金）
學(xué)位論文
是否b_m 1.不b_m（ ） 導(dǎo)師簽字
2.保 密（√ ） 密級：（ ）、機密（ ）、秘密（√）
1論文選題的依據(jù)
1.1課題的背景
對于工業(yè)中的許多控制系統(tǒng)和電子設(shè)備，人們通常希望能正常、可靠和安全地工作。但是，由于材料、制造和運行環(huán)境等方面不利因素的存在以及疲勞、老化等效應(yīng)的不可避免，系統(tǒng)發(fā)生故障是必然的。一次，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行檢測與故障診斷，已經(jīng)成為提高運行可靠性和安全性的必然手段。而故障的發(fā)生
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, 其中功率譜分析(二階統(tǒng)計量) 應(yīng)用最為廣泛, 它給出信號不同頻率成分下的能量分布情況, 當(dāng)機械設(shè)備產(chǎn)生故障時, 頻譜能量的分布情況將發(fā)生改變, 以此來診斷機械系統(tǒng)的故障。
高階累積量(Higher Order Cumulants) (HOC)技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的新技術(shù), 作為處理非高斯信號、非線性信號以及盲信號的重要工具而受到日益重視。它有許多優(yōu)點, 其最獨特的優(yōu)點是可以提取信號間的耦合特性和檢測系統(tǒng)的非線性特性, 并且對高斯噪聲不敏感, 可棄除外加干擾噪聲的影響, 理論上可以完全消除噪聲的影響, 提高分析和辨識精度, 所以給機械系統(tǒng)的動力特性辨識和故障識別與診斷提供一種可靠的分析方法。
目前，機電系統(tǒng)故障診斷的方法大體可以分為2 種：基于特征提取的方法和基于模式識別的方法。其中，基于特征提取的方法有：沃爾什變換、傅里葉變換、基函數(shù)法和各種波形分析方法等；基于模式識別的方法有：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、建模和基于知識的專家系統(tǒng)等。基于特征提取的方法大部分采用各種數(shù)學(xué)變換得到故障的功率譜特征，沒有充分考慮電路的相位特征，且要求對所研究的對象電路相當(dāng)熟悉，其診斷方法通用性不強，推廣有困難；基于模式識別的方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別方法在訓(xùn)練時容易陷入局部最優(yōu)解，且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一定的統(tǒng)計特性，必須獲取足夠的訓(xùn)練樣本數(shù)量才能減小訓(xùn)練和識別誤差；采用建模的電路故障分析和診斷方法過程較為復(fù)雜，且當(dāng)電路元件增加時產(chǎn)生較大的事件匹配數(shù)量；采用基于知識的專家系統(tǒng)必須預(yù)獲取專家診斷經(jīng)驗和實際診斷數(shù)據(jù)，進行實時在線診斷有一定困難。
2. 論文研究的內(nèi)容、方案
2.1研究內(nèi)容，方案
內(nèi)容： 整個設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)包括診斷文檔的建立和診斷實施兩大部分。為了通過設(shè)備的狀態(tài)特征信息來識別或估計設(shè)備所處狀態(tài)，必須事先對同類型的被測設(shè)備的正常狀態(tài)和各種故障狀態(tài)進行大量實驗、觀察、分析、統(tǒng)計及歸納。從而建立起設(shè)備各類狀態(tài)特征信息和狀態(tài)間對應(yīng)關(guān)系，這就是建立所謂的診斷文檔。診斷文檔的建立是實現(xiàn)故障診斷必不可少的環(huán)節(jié)之一，而診斷實施部分則包括如下步驟。
（1）信號檢測：按不同診斷目的選擇最能表征工作狀態(tài)的信號，以形成初始模式。
（2）特征提�。ㄐ盘柼幚恚簩⒊跏寄Ｊ较蛄窟M行維數(shù)壓縮、形式變換，去掉多余信息，提取故障特征，形成待檢模式。
（3）狀態(tài)識別：將待檢模式進行狀態(tài)分類，為此要建立判別函數(shù)，規(guī)定判別準(zhǔn)則并力爭使誤差率最小。
（4）診斷決策：根據(jù)判別結(jié)果對設(shè)備及其工作進行必要的預(yù)測和干預(yù)。通過預(yù)測，估計出設(shè)備在“帶病”狀態(tài)下若不采取措施，能繼續(xù)運行多久及可能產(chǎn)生的后果。通過干預(yù)控制的進一步發(fā)展或加以徹底的治理修復(fù)。
信號采集、處理過程：將加速度傳感器和位移傳感器安裝在被測試設(shè)備的測試位置上，設(shè)備振動工作時則振動信號反饋到傳感器。由于傳感器原始信號很弱，需經(jīng)過信號放大器放大信號。接著將放大的信號傳送到數(shù)據(jù)采集卡NI-6014的A/D口，模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，保存成T*T文件格式到電腦上。整個過程就由LabVIEW7.1軟件的測試程序來設(shè)定和控制。最后，用事先建好的數(shù)學(xué)模型，編寫相關(guān)的Matlab程序，讀取事先保存好的T*T數(shù)據(jù)，進行處理計算得出相關(guān)結(jié)果。
信號分析：主要應(yīng)用雙譜對振動信號進行分析。但由于三譜，作為高階統(tǒng)計量理論引申出的一種新的信號處理方法，是比雙譜階次更高的統(tǒng)計量，包含更多的非線性、非高斯性信息，具有雙譜不能展現(xiàn)一些的特性，所以同時建立三譜模型，進一步對振動信號進行分析。自回歸高階譜不僅可以描述系統(tǒng)固有品質(zhì)特性、非線性耦合程度、抑制高斯噪聲和保留相位信息，而且數(shù)據(jù)分析處理不受采樣窗口限制。因此，自回歸高階譜可以用來分析和提取振動臺本質(zhì)特征，研究不同參數(shù)下的振動信號特征，為機床參數(shù)調(diào)節(jié)最優(yōu)化做指導(dǎo)。
將對自回歸高階譜模型的建立及一些相關(guān)切片譜的計算方法進行研究。
方案：
（1）搭建一個機電系統(tǒng)傳動信號測試系統(tǒng)
（2）對信號測試系統(tǒng)進行調(diào)試。
（3）測試不同組不同因素下傳動系統(tǒng)的譜特征，記錄數(shù)據(jù)。
（4）通過matlab等軟件，編寫程序，進行處理計算得出相關(guān)結(jié)果。
2.2條件分析
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