高阶多尺度局部投影算法及其在机械故障诊断中的应用研究

摘要

滚动轴承和齿轮已经广泛地运用于各种旋转机械设备中，由滚动轴承和齿轮等关键零部件发生故障而导致整个设备停止运行的现象层出不穷，因此研究滚动轴承和齿轮的故障诊断技术具有重要的意义。本文针对滚动轴承和齿轮振动信号具有的非平稳非线性特点，以相空间重构为理论基础，对现有的局部投影算法进行了改进，提出了一种高阶多尺度局部投影算法，并结合其他信号分析方法，实现了齿轮和滚动轴承的故障特征提取和故障识别。
　　本研究主要内容包括：⑴针对局部投影降噪算法中邻域相点的质心选取问题，提出了一种高阶邻域质心的选取方法，利用高阶多项式对邻域质心进行了更为精确地估计，进一步抑制了噪声，提升了局部投影算法的降噪效果。⑵针对局部投影降噪算法中邻域质心的选取问题，进一步提出了一种多尺度邻域质心的选取方法，该方法同时考虑了信号在高维相空间中的几何形状和统计误差，使其不仅能有效地滤除噪声，而且能更好地保留吸引子完整的几何结构。⑶提出了一种基于多尺度局部投影算法与对角切片谱相结合的机械故障特征提取方法。首先，多尺度局部投影算法能够在滤除噪声的同时最大程度地保留与故障有关的特征;其次，对角切片谱可以识别出非线性信号中发生二次相位耦合的频率成分，抑制不存在耦合的频率成分。因此采用二者相结合的方法，能够更精确地实现对齿轮和滚动轴承故障特征的提取。⑷从多尺度时频分析和熵理论的角度出发，提出了一种基于多尺度局部投影和LMD样本熵的机械故障分类方法。首先利用多尺度局部投影算法对采集到的振动信号进行去噪处理，然后对处理后的信号进行LMD分解，并用样本熵对PF分量进行量化，得到振动信号在不同尺度下的复杂度信息，最后利用提取的这些信息对齿轮和滚动轴承实现故障的分类。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及研究意义

1．2 机械故障诊断方法的国内外研究现状

1．2．1 平稳振动信号的特征提取方法

1．2．2 非平稳振动信号的特征提取方法

1．2．3 局部投影算法的提出及其研究现状

1．3 论文的主要内容

1．4 论文的结构安排

第2章 基于相空间重构理论的机械故障诊断方法

2．1 引言

2．2 滚动轴承的故障机理与故障特征分析

2．2．1 滚动轴承基本的失效形式

2．2．2 滚动轴承的故障特征

2．2．3 滚动轴承的故障振动信号特性

2．3 齿轮的故障机理与故障特征分析

2．3．1 齿轮的故障类型

2．3．2 齿轮的故障特征

2．3．3 齿轮的故障振动信号特性

2．4 相空间重构的基本思想和理论基础

2．4．1 相空间重构的基本思想

2．4．2 相空间重构理论

2．4．3 相空间重构参数的确定

2．5 本章小结

3．1 引言

3．2 局部投影算法基本原理

3．3 高阶局部投影算法基本原理

3．4 数值仿真信号分析

3．4．1 对调频信号的仿真

3．4．2 对混沌信号的仿真

3．5 实验信号分析

3．6 本章小结

4．1 引言

4．2 多尺度局部投影算法的基本原理

4．3 仿真信号分析

4．4 实验信号分析

4．4．1 滚动轴承内圈故障信号分析

4．4．2 齿轮故障信号分析

4．5 本章小结

第5章 基于多尺度局部投影算法和对角切片谱的特征提取方法

5．1 引言

5．2 基于多尺度局部投影算法与对角切片谱的机械故障诊断

5．2．1 对角切片谱基本原理

5．2．2 仿真信号分析

5．3 实验信号分析

5．3．1 滚动轴承内圈故障信号分析

5．3．2 滚动轴承外圈故障信号分析

5．3．3 齿轮故障信号分析

5．4 本章小结

第6章 基于多尺度局部投影和多尺度LMD样本熵的机械故障分类

6．1 引言

6．2 LMD算法基本原理

6．3 样本熵理论

6．3．1 样本熵计算过程

6．3．2 样本熵的特点

6．4 基于多尺度局部投影和多尺度LMD样本熵分类

6．5 实验信号分析

6．5．1 滚动轴承故障信号分析

6．5．2 齿轮故障信号分析

6．6 本章小结

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目