基于HHT和SVM的柴油机配气机构故障诊断技术研究

摘要

配气机构是柴油机的主要运动件之一，它的工作状态直接影响柴油机的换气效果。由于配气机构运动频繁且工作环境通常较为恶劣，很容易发生故障，影响到柴油机的整体工作效率，严重时甚至引发柴油机其他部件的故障而危及机器和工作人员安全。因此，准确地预测和诊断配气机构故障对保证柴油机的工作效率和工作安全具有重要的意义。目前，振动分析法因其信号测取简单和易于监测等优点被广泛地应用于柴油机配气故障诊断中。然而由于柴油机本身结构复杂，振动的传播途径较多，振动信号一般表现出强烈的非平稳特性，因此，如何更有效地从采集到的振动响应信号中提取有价值的故障特征信息，及据此准确地识别故障发生的原因及位置是目前基于振动信号分析的柴油机故障诊断技术中两个亟待解决的关键问题。
　　本文从故障特征提取和故障模式识别两个关键问题出发，提出了基于Hilbert-Huang变换（HHT）和支持向量机（SVM）的柴油机配气机构故障诊断的方法。首先，通过建立振动信号采集系统采集柴油机缸盖表面的振动响应信号，并对其进行去除趋势项和剔除异常值等预处理操作，利用计算阶比跟踪算法将等时间间隔采样得到的振动响应信号转换为具有角度标示的等角度信号。其次，深入研究了 HHT算法，针对由其引起的端点效应及虚假模式问题提出了相应的改进与处理。利用 HHT算法对等角度振动信号进行处理，从中提取出有价值的故障特征信息。通过经验模态分解（EMD）将振动信号筛选成一系列具有不同尺度的内禀模态函数，然后通过 Hilbert变换得到展现柴油机缸盖振动信号时频特性的 Hilbert谱。再次，研究了支持向量机模式识别方法在柴油机故障诊断中的应用。根据柴油机不同状态下的工作状况构建SVM分类器，输入由HHT提取出的故障特征信息，最终达到识别柴油机工作状态和故障类型的目的。最后，基于HHT和SVM设计了柴油机配气机构故障诊断监测系统，并通过实验采集到的缸盖振动响应信号有效地诊断及预测了气阀间隙故障和气阀漏气故障。实验结果表明，利用基于HHT和SVM的振动信号分析法对柴油机配气机构故障诊断是行之有效的。

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第1章 绪 论

1.1课题研究的目的与意义

1.2柴油机故障诊断技术研究现状

1.3柴油机配气机构故障

1.4基于缸盖振动信号的柴油机配气机构故障诊断方案设计

1.5本文的研究内容

第2章 信号的预处理

2.1去除趋势项

2.2异常值剔除

2.3计算阶比跟踪分析

2.4本章小结

第3章 基于Hilbert-Huang变换的缸盖振动信号特征提取

3.1引言

3.2 Hilbert-Huang变换的基本原理

3.3 Hilbert-Huang变换算法的优化

3.4柴油机缸盖振动信号特征提取的实例分析

3.5本章小结

第4章 基于支持向量机的柴油机故障诊断方法

4.1引言

4.2支持向量机分类器

4.3基于IMF能量和SVM的柴油机故障诊断

4.4本章小结

第5章 柴油机配气机构故障诊断监测系统实验研究

5.1引言

5.2系统的硬件组成

5.3实验平台的软件系统

5.4故障诊断实验方案设计

5.5诊断实例

5.6本章小结

结论

1.结论

2.工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢