分形方法在往复压缩机状态监测与故障诊断上的应用

摘要

分形是一门新的学科,它特别适用于分析非线性系统,而将分形用于机械设备故障诊断则是近年来故障诊断技术发展的新动向.可以采用分形方法分析机械系统的非线性信号,从中提取出特征信息,并与其它的分析方法相结合,共同实现机械设备的故障模式识别与故障诊断.本文以2D12往复压缩机为研究对象,制定了运用分形方法对其进行故障诊断的试验方案,包括:数据的获取和采集,特征参数的提取和故障诊断方法等.在特征参数的提取中采用关联维数和李雅谱诺夫指数作为系统的特征参数,重点讨论了关联维数计算方法和计算参数的选择.针对往复式压缩机的振动信号的非平稳特性,引入了小波消噪,以便能够准确提取分维数.结合几种典型的动力系统模型,对已知信号进行验算,并讨论了参数和噪声对计算结果的影响,提出了影响关联维数的几个重要参量的确定方法和取值范围,并对盒维数进行了简要的分析.在2D12往复压缩机故障分形分析与诊断实例部分,对不同工作状态下的压缩机不同部位加速度信号的关联维数进行了分析,结果表明,关联维数对设备故障比较敏感,能够反映复杂系统的动态特性.李雅谱诺夫指数可以判断压缩机是否处于混沌状态,与关联维数结合可以提高故障诊断的准确率.最后针对往复机械振动信号特点,开发了故障诊断软件.

目录

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创新点摘要

引言

第一章2D12型往复式天然气压缩机故障诊断的基础性问题研究

1.1 2D12型往复式压缩机简介

1.1.1 2D12往复式压缩机的工作原理

1.1.2 2D12往复式压缩机的主要参数和基本结构

1.2运动和动力学分析

1.3振动机理分析

1.4本章小结

第二章分形基础

2.1混沌的定义及性质

2.1.1混沌的定义

2.1.2混沌的性质

2.2混沌与分形的联系及应用

2.3分形基本原理及概念

2.3.1分形的定义

2.3.2分形的性质

2.3.3分形维数的概述及估计

2.3.4分形维数算法概述

2.3.5系统所采用的三种计算分形维数的方法

2.4分形的发展前景

2.5本章小结

第三章分形理论用于故障诊断的方法

3.1压缩机组成及测试部位

3.2压缩机振动信号特性分析

3.2.1时域和频域特性

3.2.2循环波动性

3.2.3非平稳时变特性

3.3盒维数

3.3.1盒维数的计算

3.3.2实例分析

3.4关联维数

3.4.1计算方法

3.4.2参数及无标度区的选择

3.5动力系统分形维数分析

3.5.1虫口模型(Logistic映射)分形维数分析

3.5.2洛论滋吸引子分形维数分析

3.6李雅谱诺夫指数

3.7信号去噪

3.7.1小波分解和重构

3.7.2小波去噪方法

3.8本章小结

第四章故障实例分析

4.1压缩机气阀故障分析

4.2压缩机轴承故障分析

4.3李雅谱诺夫指数

4.4软件开发

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间论文发表情况

致谢