小波分析和Hilbert-Huang变换在转子故障信号处理中的应用

摘要

随着科学技术的不断进步，机械设备向着高性能、高效率、高自动化和高可靠性的方向发展。转子是大型回转机械的必备部件，对他们进行状态监测及故障诊断意义重大，不仅可缩短维修时间、降低维修成本，还可提高诊断准确性和维修质量，创造可观经济效益。 因此，转子的故障诊断技术研究得到了广泛的关注和重视，科技人员开展了大量的研究工作。传统信号的时域、频域分析方法为转子的故障诊断己经打下了坚实的基础，解决了很多的实际问题。但是为了进一步提高故障诊断的准确性和快速性，人们就要采用新的方法。随着各种新技术的产生，针对转子的故障诊断技术也有了新的发展，例如小波变换、希尔波特黄变换(HHT)等。 本文以转子在各种状态下的信号为研究对象，分别利用小波分析和HHT对转子信号进行处理。针对小波变换后得到的大量故障图谱，很难靠人记忆和分辨，结合不变矩理论里的矩不变量，提出了基于小波分析和7个矩不变量的转子特征提取新方法。结果表明，该方法所提取的转子信号量化特征值系列，能够有效地区分出几种典型故障间的差别。 针对Hilbert-Huang变换的端点问题，研究了改进算法。并将Hilbert-Huang变换应用于转子的故障诊断中；利用经验模态分解后的固有模态函数，按照信息熵的计算公式分别求出边际熵和奇异值熵，信息熵的大小反映了转子系统运行状态的差别，从而可以通过信息熵的大小判断转子系统的工作状态和故障类型。对实验数据的分析结果证明了该方法的有效性。 研究结果表明小波分析和Hilbert-Huang变换对于转子故障信号处理具有很大的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1选题背景

1.2国内外研究现状

1.2.1关于故障诊断技术的国内外研究现状

1.2.2小波分析和Hilbert-Huang变换的发展历史及应用状况

1.3转子系统故障诊断的研究内容

1.4小波分析和Hilbert-Huang变换方法的特点

1.5本文的主要内容和章节安排

第2章小波分析和Hilbert-Huang变换的基本理论

2.1引言

2.2小波分析理论

2.2.1小波变换基本原理简介

2.2.2小波变换的定义及特点

2.2.3连续小波变换

2.2.4离散小波变换

2.2.5小波包分析

2.3Hilbert-Huang变换

2.3.1本征模态函数

2.3.2 EMD分解

2.3.3 EMD算法的改进

2.3.4 Hilbert谱和边际谱

2.4实验信号简介

2.5本章小结

第3章基于小波分析和矩不变量的转子故障信号的量化特征提取

3.1引言

3.2不变矩理论

3.3基于小波分析和矩不变量的转子故障信号的量化特征提取

3.4本章小结

第4章Hilbert-Huang变换在转子故障信号处理中的应用

4.1引言

4.2转子系统的典型故障类型

4.1.1转子不对中

4.1.2转子不平衡

4.1.3动静碰摩

4.3 Hilbert-Huang变换在转子故障信号处理中的应用

4.3.1概述

4.3.2Hilbert-Huang变换的理论和算法实现框图设计

4.3.3不对中故障信号的Hilbert-Huang变换

4.3.4不平衡故障信号的Hilbert-Huang变换

4.3.5碰摩故障信号的Hilbert-Huang变换

4.4本章小结

第5章基于EMD和信息熵的转子故障诊断方法研究

5.1概述

5.2熵测度的概念及其发展

5.3基于信息熵和EMD的转子故障信号分析

5.3.1信号的边际熵测度概念

5.3.2信号的奇异值熵测度概念

5.3.3基于EMD的信息熵的故障诊断方法研究

5.3.4基于EMD的信息熵测度的优点分析

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢

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