修正系数局部投影降噪算法及其在设备故障诊断中的应用研究

摘要

二十世纪以来，随着工业生产和科学技术的发展，机械设备的可靠性、可用性、可维修性与安全性的问题日益突出，从而促进了人们对机械设备故障机理及诊断技术的研究。特别是，近些年来，对复杂机械设备状态监测、故障诊断和预报问题越来越受到重视。 文中引入修正系数局部投影降噪算法，并将其用于齿轮箱故障信息的特征提取，提高了齿轮故障诊断的可靠性与有效性。其降噪原理是建立在相空间理论基础上的，相空间理论是继牛顿模式、定性理论之后的一门新兴动力系统理论。通过相空间重构的方法，对系统某一单变量的一维时序进行适当的延迟嵌入，可以构造出一个体现系统整体信息的高维相空间。在特定条件下，该空间可以在数学意义上与原动力系统相空间保持等价，使得固有动力学特性得以重建。文中运用非线性时间序列相空间重构技术，通过试验统计方法选择合适的延迟时间和嵌入维数，将故障信号的一维时间序列投影到高维空间。通过选取合适的约束和最小邻域，构造出序列的协方差矩阵，计算故障时间序列的修正数。经多次迭代，逐步趋近原始动力系统的时间序列。通过对含噪正弦信号，Lorenz信号和Henon映射的数值仿真，验证了该算法具有良好的降噪效果，并将该算法应用于齿轮的故障诊断中。

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文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1机械设备故障诊断

1.1.1设备故障诊断技术的发展方向

1.1.2设备故障诊断的主要理论和方法

1.1.3机械设备故障诊断的意义

1.2非线性降噪的研究意义、研究现状与研究内容

1.2.1非线性降噪研究的意义

1.2.2非线性降噪研究的现状

1.2.3非线性降噪研究的内容

1.3机械故障诊断领域中的非线性科学

1.4非线性时间序列分析在设备故障诊断中的应用研究现状

1.5论文的主要研究内容

第二章非线性时间序列的相空间重构

2.1延迟嵌入相空间重构法

2.1.1嵌入维数m的确定

2.1.2时间延迟τ的确定

2.1.3实验统计法确定时间延迟和嵌入维数

2.2混沌信号的识别

2.2.1关联维数

2.2.2庞加莱映射

2.2.3奇怪吸引子

2.2.4李雅普诺夫指数

2.2.5柯尔莫哥罗夫熵

2.3混沌吸引子的判据总结

2.4小结

第三章修正系数局部投影降噪算法

3.1混沌降噪的基本原理

3.2修正系数局部投影降噪算法

3.2.1修正系数局部投影降噪算法基本原理

3.2.2修正系数局部邻域估计

3.2.3修正系数局部投影降噪算法

3.3修正系数局部投影降噪算法降噪实施步骤

3.4主要参变量的选择

3.5小结

第四章修正系数局部投影降噪算法在齿轮箱故障诊断中的应用

4.1数据仿真

4.1.1含随机噪声的周期信号降噪

4.1.2含随机噪声的混沌信号降噪

4.2修正系数局部投影降噪算法在齿轮箱故障诊断中的应用

4.2.1齿轮箱振动测试方案及其主要参数

4.2.2齿轮箱故障信号的相空间重构

4.2.3齿轮箱故障信号的降噪

4.3小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢