基于曲轴角加速度的柴油机故障诊断研究

摘要

柴油发动机在工业生产中发挥着重要的意义，柴油机的故障诊断成为了机械故障诊断领域关注的热点。随着现代化工业大生产的不断发展，柴油机的状态监控与故障诊断技术得到了广泛的关注，同时取得了长足的发展。故障诊断的方法和手段越发丰富起来。如何用新技术手段对柴油机进行故障诊断是一个永恒的话题。 经过了解国内外柴油机故障诊断的现状和发展趋势，结合实际项目的需要，提出了使用发动机曲轴角加速度信号来进行故障诊断。从理论上详细研究了这一柴油机故障诊断方法的原理和可行性，文中指出了这种方法的优缺点和适用范围。 这种柴油机故障诊断的方法在理论上是可行的，但目前这种成型的系统不多，究其原因是测量曲轴的瞬时角加速度需要系统具有良好的频率响应特性与高精度。本课题提出了以爱特梅尔公司的高性能、高速度的AVR单片机ATmega162与具有USB1.1技术规范的Philips公司的PDIUSBD12芯片构成曲轴角加速度测量系统的硬件框架。单片机连续采集转速信号的脉冲宽度，同时通过PDIUSBD12将采集的数据上传到个人电脑，供电脑按照特定的算法分析和处理，以进行角加速度波形显示和柴油机故障诊断。 本文后半部分详细的论述了构成故障系统各个软硬件模块的原理和具体的设计方案。其中硬件部分包括数据采集模块和USB通信模块，软件部分包括微控制器固件程序、USB设备驱动程序和上层应用程序。同时也阐述了曲轴角加速度测量系统提高精度的方法。 所研发的柴油机故障诊断系统，具有便携式、使用方便、测量和分析精度高等特点。对柴油机各缸功率平衡情况评估、曲轴扭振幅度测量与柴油故障诊断将会起到积极的作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1概述

1.1.1柴油机故障诊断的必要性

1.1.2研究现状和面临的问题

1.1.3柴油机故障诊断的方法简介

1.2本课题来源、研究内容及意义

1.2.1课题来源

1.2.2本课题研究的内容

1.2.3本课题研究的意义

第二章基于曲轴角加速度的柴油机故障诊断方法研究

2.1基于曲轴角加速度的柴油机故障诊断方法的原理

2.1.1发动机的单缸动力学模型

2.1.2发动机角加速度波形特征

2.1.3用曲轴角加速度进行柴油机故障诊断

2.2曲轴角加速度的测量方法

2.3角加速度波形的数值分析方法

2.3.1功率不平衡判断

2.3.2平稳性能判断

2.3.3扭振情况判断

2.4小结

第三章曲轴角加速度测量系统设计

3.1系统概述

3.2系统总体结构

3.2.1系统整体框图

3.2.2系统硬件组成

3.2.3系统软件组成

第四章系统硬件设计

4.1硬件选型

4.1.1 AVR单片机概述

4.1.2 ATmegal 62简介

4.1.3 USB系统

4.1.4 USB器件介绍

4.1.5 PDIUSBD12芯片简介

4.1.6转速传感器选型

4.2硬件实现

4.2.1系统工作原理

4.2.2电路原理图设计

4.3小结

第五章系统软件设计

5.1微处理器程序设计

5.1.1软件需求分析

5.1.2 USB固件程序设计

5.1.3 D12硬件接口层设计

5.1.4 D12命令接口设计

5.1.5 D12中断服务程序设计

5.1.6 USB协议层设计

5.1.7微处理器程序设计

5.2 D12的Windows驱动

5.3 PC应用程序设计

5.3.1用户界面及功能设计

5.3.2 USB访问程序

5.4小结

第六章系统误差控制

6.1方波转速信号周期测量误差控制

6.2齿形误差控制

6.3小结

第七章结论与展望

7.1全文总结

7.2展望

参考文献

致 谢

附录

攻硕期间取得的研究成果