内燃机的非平稳信号分析方法及其噪声源小波识别技术的研究

摘要

内燃机是动力、交通、舰船、石化等国民经济重要领域的关键设备.随着全球范围内环保要求的日益提高,内燃机的噪声控制己成为目前国内外的热点研究问题.解决内燃机的噪声控制问题首先必须在内燃机上找到最大噪声辐射的部位或部件,即主要的噪声源,然后针对主要噪声源的声源特性采取相应的措施,才能够收到预期的效果.目前的研究已经表明,从内燃机表面辐射的声信号中包含有大量的振动噪声源信息.但是由于内燃机复杂的机械结构及能量转换过程所导致的复杂多激励、非稳态和非线性的多重耦合系统特性,使得采用传统的信号分析理论及方法难以完全适用于对一些有用信息进行捕捉和深入分析,因而有关的研究和应用也受到了很大的限制.该文在分析国内外研究现状的基础上,围绕几个难点问题进行了深入和系统的理论和方法研究,并在工程问题中进行了实际应用.其中主要内容如下:1.对内燃机的基本动力学特性进行了系统全面的分析与介绍.2.讨论了声强法的物理意义及其在声场分析和声源识别中的作用,并利用试验仪器建立了声强测量系统.3.由于采集到的内燃机的声信号具有非平稳特性,而传统的基于傅里叶变换的分析方法由于其局限性,不能完全适合于分析非平稳信号,也很难揭示信号更多的本质特征.4.基于理论分析和试验研究,该文研究了小波变换在内燃机噪声源识别中的适用性问题,创新性地将小波变换应用于内燃机声信号分析,进行噪声源识别.5.该论文创造性地将ICA方法引入到内燃机噪声源的识别研究中,用于分析识别内燃机表面的声信号.文中介绍了ICA的理论推导、特性和实现过程,并分别以一台单缸和四缸柴油机为例,将ICA与小波变换相结合进行了试验分析,取得了满意的结果.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2内燃机产生机理

1.3内燃机噪声源分析技术概述

1.3.1内燃机内部噪声源分析技术

1.3.2内燃机表面噪声分析技术

1.4内燃机振声研究的现代信号处理方法

1.4.1内燃机表面噪声源声强分析技术

1.4.2小波分析在噪声处理领域国内外的发展与研究现状

1.4.3基于小波分析的内燃机噪声源识别的研究

1.4.4基于独立分量分析的内燃机噪声源识别的研究

1.5论文的组织与安排

第二章内燃机噪声源的描述

2.1引言

2.2内燃机的表面噪声

2.2.1燃烧噪声

2.2.2机械噪声

2.3内燃机非平稳振声响应的结构模型与信号表现形式

2.3.1非稳态的复杂多激励特性

2.3.2复杂结构及系统特性对时变振声响应的影响

2.3.3非平稳振声响应的结构模型与信号表现形式

2.4本章小结

第三章声强法对内燃机振声信号分析的研究

3.1声强测量的发展过程

3.2声强测量的基本原理

3.2.1 p-u法

3.2.2 p-p法

3.3声强的频域分析法

3.4声强信号的FFT间接算法

3.5声强法在内燃机振声测试中的应用

3.5.1四缸柴油机表面声强研究

3.5.2六缸柴油机表面声强研究

3.6声强法在整车噪声源识别中的应用

3.7本章小结

第四章从傅里叶变换到小波变换

4.1傅里叶变换

4.2短时傅里叶变换

4.2.1短时傅里叶变换定义

4.2.2巴什瓦(Parseval)公式

4.2.3信号的持续时间和不确定性原理

4.2.4短时傅里叶变换的滤波作用

4.2.5短时傅里叶变换的时间——频率局部化性质

4.3连续小波变换

4.3.1连续小波变换定义

4.3.2连续小波变换的物理意义

4.3.3连续小波变换的时间——频率特性

4.3.4连续小波变换的性质

4.3.5连续小波变换性能分析与参数优化

4.4本章小结

第五章基于小波变换的内燃机噪声源识别研究

5.1引言

5.2内燃机声信号产生过程

5.3测试环境介绍

5.4信号的描述和特征提取

5.5小波变换的参数改进

5.6计算机仿真及结果分析

5.7试验信号分析

5.7.1单缸柴油机声信号分析

5.7.2四缸柴油机噪声源识别研究

5.7.3六缸柴油机噪声源识别研究

5.8本章小结

第六章基于独立成分分析的内燃机噪声源识别

6.1引言

6.2内燃机噪声源的描述

6.2.1燃烧噪声和机械噪声

6.2.2进气和排气噪声

6.3独立分量(ICA)理论

6.3.1 ICA发展历史

6.3.2 ICA基本理论

6.3.3 ICA估计的基本准则

6.3.4信息最大化和最大似然估计

6.3.5 ICA分析特性

6.4 ICA仿真和试验结果

6.5内燃机噪声源识别

6.5.1内燃机噪声特性

6.5.2 ICA模型设计

6.5.3 ICA信号的描述

6.6结果和讨论

6.7本章小结

第七章总结

7.1全文总结

7.2本论文的创新点

参考文献

在学期间发表论文和科研的情况

致谢