基于小波分析的故障检测与诊断系统的研究

摘要

随着科技的发展，机械设备的结构越来越复杂，越来越精密，同时越来越多地被应用到大型工程当中。如果机械设备发生故障，将会造成极大的损失和危害。因此机械设备故障诊断技术的研究就变得非常重要。传统的诊断技术已经无法满足当前复杂机械设备的诊断要求，基于小波分析的故障诊断技术在现代的故障诊断中得到了广泛的应用。本文就是以小波变换为理论基础，进行了故障检测系统的设计。
　　论文首先介绍了故障诊断的重要性和现实意义，随后对当前的主要诊断方法和结构做简要说明。然后研究了系统信号调理模块的设计方法，针对系统输出信号频率未知的情况，本文基于开关电容滤波器设计了巴特沃斯（Butterworh）型抗混叠滤波器；针对系统输出信号幅值未知的情况，本文设计了增益可调放大电路；为了降低共模信号和外部电路的干扰，本文设计了差分输入型高速 ADC电路和基于6N137的隔离电路。
　　本文设计了故障诊断系统的架构，其中重点研究了小波变换的FPGA实现方案，在Mallat算法的基础上设计了方案结构；采用全并行分布式算法实现FIR滤波器，并在此基础上设计了流水线式加法机构；优化了查找表的结构，使系统工作频率大大提升。本文在实现某一种小波函数变换的基础上，设计了通用的离散小波变换（DWT）的FPGA实现结构。
　　最后本论文对所设计的系统进行仿真分析，并在实验平台上进行实验分析，对实验结果进行说明。

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第一章 绪论

1.1机械故障诊断的目的和意义

1.2设备故障诊断的现状和发展过程

1.3 机械故障诊断系统结构

1.4 本文的主要研究内容

第二章 信号调理电路的研究

2.1 信号调理电路概述

2.2 方案设计要求及原则

2.3信号调理系统的结构

2.4 本章小结

第三章 小波变换的基本理论

3.1小波变换的产生

3.2 连续小波变换（CWT）的时频分析

3.3 离散小波变换（DWT）的时频分析

3.4 多分辨率分析

3.5 Mallat算法

3.6 小波变换在提取故障特征中的应用

3.7 本章小结

第四章 故障诊断系统的硬件实现

4.1 系统硬件结构

4.2 信号调理板设计

4.3 面向小波变换的FPGA电路设计

4.4小波变换模块PCB

4.5 本章小结

第五章 实验结果分析

5.1 实验平台

5.2 实验分析

5.3 本章小结

第六章 总结和展望

致谢

参考文献