基于DSP和CPLD的便携式旋转机械振动监测仪的研制

摘要

大型旋转机械是化工、冶金、矿山等企业生产过程的关键设备，其运行状态直接影响企业的生产，对其运行状态在线或定时故障监测愈来愈受到重视。而许多机械故障都可通过异常的机械振动反映出来，通常采用机械振动信号作为机械设备运行状态监测和诊断的重要信息。由此，开发可靠性高、功能强大的便携式振动信号监测仪意义重大。本论文研究的系统采用基于DSP和CPLD结合的方案研制便携式振动信号监测仪，以实现对多种不同特性的旋转机械进行故障监测与诊断。 论文首先对系统设计的总体方案进行论证，包括系统的功能以及预期达到的技术指标，在此基础上进行总体方案的设计。 其次，对系统的总体硬件结构进行设计。系统的硬件电路包括两个部分：信号预处理电路和DSP信号处理电路。信号预处理电路采用了一种程控可调的电路设计，通过CPLD来控制电路参数，实现系统的调控，并采用锁相环设计方案实现整周期采样。DSP信号处理部分以TMSVC3205410为中心进行存储器、I/O、A/D等一些外围电路的扩展设计。整个系统以灵活性和通用性为设计理念。 然后，对振动监测中的信号分析方法进行探讨。对傅立叶变换和小波变换在信号处理中的应用进行了研究。对整个仪器的软件进行了前期的设计，包括振动信号预处理电路的逻辑设计，DSP处理系统的初始化设计以及傅立叶变换在DSP中的实现等。 最后，对整个系统进行静态测试，在实验室现有设备的情况下对振动加速度信号进行采集并进行了时频分析的仿真研究。 由于目前还只完成该系统的前期设计，论文作者对该系统需要完善的地方进行了说明，也提出了对后续工作的展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1机械振动基本概念及常见故障振动监测诊断方法

1.1.1机械振动基本概念

1.1.2旋转机械常见故障振动监测诊断方法

1.2论文研究的背景与研究内容

1.2.1旋转机械振动监测与分析技术的发展概况

1.2.2我国在旋转机械振动监测与分析方面的现状

1.2.3论文研究的意义

1.2.4本文的研究内容

1.3本章小结

第二章系统总体方案设计

2.1系统的功能及技术指标

2.1.1系统的功能

2.1.2系统的技术指标

2.2设计方案的比较

2.3系统总体结构

2.4本章小结

第三章便携式振动信号监测仪的硬件平台设计

3.1信号预处理电路设计

3.1.1功能与特点

3.1.2传感器信号转换电路

3.1.3滤波电路

3.1.4积分电路

3.1.5程控放大电路

3.1.6抗混频滤波

3.1.7键相信号处理电路

3.2 DSP数字信号处理电路设计

3.2.1.DSP芯片TMS320VC5410

3.2.2电源电路

3.2.3复位电路

3.2.4时钟电路

3.2.5外部存储器扩展

3.2.6 A/D电路

3.2.7电平转换电路

3.2.8调试用接口电路

3.2.9液晶及键盘

3.2.10 GAL16V8

3.3硬件抗干扰设计

3.4本章小结

第四章振动监测中的信号分析方法研究

4.1振动信号的分析处理

4.1.1振动信号时域分析方法

4.1.2振动信号频域分析方法

4.2傅立叶变换在振动信号分析中的应用

4.2.1傅立叶变换原理

4.2.2离散傅立叶变换与快速傅立叶变换

4.2.3幅度谱功率谱分析

4.2.4相干分析

4.2.5倒频谱分析

4.3小波分析及其在信号处理中的应用

4.3.1小波变换的定义及特点

4.3.2小波分析在信号处理中的应用

4.3.3小波阈值方法在振动信号去噪中的研究

4.4本章小结

第五章振动信号监测仪的软件设计

5.1软件开发平台及系统软件结构

5.1.1 CCS及Quartus Ⅱ概述

5.1.2系统软件结构

5.2信号预处理部分程序

5.3 DSP信号分析处理部分程序

5.3.1 DSP编程特点

5.3.2初始化程序

5.3.3 BOOT程序设计

5.3.4数据采集和处理软件设计

5.3.5快速傅立叶变换在TMS320VC5410上的实现

5.4本章小结

第六章系统的测试与仿真

6.1电路板调试

6.2现场调试

6.2.1传感器部分

6.2.2现场调试硬件平台

6.2.3数据仿真波形及分析

6.3本章小结

第七章总结和展望

7.1论文总结

7.2课题研究的体会收获与展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间主要研究成果