基于DSP的滚动轴承实时数据采集与处理系统设计

摘要

滚动轴承是旋转机械中的使用最多、最为关键，同时也是最易被损坏的机械零件之一。许多旋转机械的故障都与滚动轴承的状态有关，轴承的好坏对机器工作状况的影响极大。所以对滚动轴承进行实时状态检测与故障诊断是十分有必要的。 近年来由于DSP（DigitalSignalProcessor）技术的迅猛发展及成熟，把DSP技术引入到滚动轴承状态检测与故障诊断中成为当今热点。本文利用DSP芯片在信号处理上面的优势，设计了以DSP为核心处理器的滚动轴承实时数据采集与处理系统，能快速完成滚动轴承的数据采集和信号处理，提高了故障诊断的效率和实时性。本文主要工作如下： 1）阐述了滚动轴承故障诊断的目的和意义及国内外发展概况，选定本系统所采用的技术方案； 2）介绍滚动轴承故障诊断的理论，对滚动轴承故障诊断的类型、特点进行全面了解，确定系统进行信号处理的重点； 3）研究小波变换在滚动轴承故障诊断信号消噪方面的应用，针对故障信号的特点，重点介绍小波基的选取，小波分解层数的确定，小波阈值和阈值函数的确定，在此基础上提出了一种具有更好仿真效果的改进的指数型阈值函数。 4）针对滚动轴承故障诊断系统的特点和要求，对本系统的硬件平台进行设计，主要是以DSP芯片TMS320C6713为核心处理器，用CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）实现系统的逻辑控制，对其中重要的电路进行了详细的介绍，给出了电路原理图及系统PCB（PrintedCircuitBoard）图。 5）针对滚动轴承故障信号的特点和硬件平台的设计，完成系统的软件设计，包括系统的设置和初始化、小波消噪和FFT特征提取程序的实现、DSP的自引导程序和CPLD控制逻辑程序等，并给出了实验结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本课题研究的意义

1.2国内外研究发展概况

1.3本论文完成的主要工作

第二章滚动轴承故障理论

2.1滚动轴承振动临测与诊断研究概况

2.1.1滚动轴承振动监测与诊断的基本原理

2.1.2滚动轴承故障诊断的基本环节

2.1.3滚动轴承故障诊断的方法

2.2滚动轴承的主要失效形式

2.3滚动轴承的振动诊断法

2.3.1时域波形诊断法

2.3.2时域特征诊断法

2.3.3波峰系数法

2.3.4概率密度分析法

2.3.5频域诊断法

2.4小结

第三章小波变换在滚动轴承故障信号处理中的应用

3.1小波变换

3.1.1小波变换与多分辨率分析

3.1.2小波消噪的基本原理

3.1.3小波消噪的方法和步骤

3.2小波基的选择

3.3小波的分解层数的选取

3.4阈值的选择

3.5阈值函数的选取

3.6小结

第四章基于DSP的滚动轴承实时数据采集与处理系统硬件设计

4.1基于DSP的滚动轴承实时数据采集与处理系统总体设计

4.2数据采集模块设计

4.3 DSP数据处理模块设计

4.3.1 DSP芯片的选型

4.3.2电源部分设计

4.3.3复位监控电路设计

4.3.4 DSP与外部存储器的接口设计

4.3.5引导电路设计

4.3.6时钟电路的设计

4.4逻辑控制模块设计

4.5与PC机通信部分

4.6 JTAG仿真调试硬件接口设计

4.7基于DSP的滚动轴承实时数据采集与处理系统PCB图设计

4.8小结

第五章 基于DSP的滚动轴承实时数据采集与处理系统软件设计

5.1系统软件开发环境及流程

5.2系统设置及初始化

5.3数据采集及处理程序设计

5.3.1数据的采集与传输

5.3.2小波消噪算法

5.3.3 FFT特征提取算法

5.4引导程序设计

5.5逻辑控制程序设计

5.6试验及结果分析

5.7小结

第六章总结与展望

6.1工作总结

6.2相关工作展望

参考文献

致谢

附录