毕业论文开题报告：基于高阶谱的机电系统故障诊断

大学学士论文开题报告

学 院 机电及自动化学院
年 级 2008级
学科专业 机械电子
研究方向 基于高阶谱的机电系统故障诊断
学位级别 学士
开题日期 2012年02月25日



二Ο一二年二月制表
拟撰写学位论文的题目 基于高阶谱的机电系统故障诊断
支持学位论文研究的科研项目 科研（国家级基金）
学位论文
是否b_m 1.不b_m（ ） 导师签字
2.保 密（√ ） 密级：（ ）、机密（ ）、秘密（√）
1论文选题的依据
1.1课题的背景
对于工业中的许多控制系统和电子设备，人们通常希望能正常、可靠和安全地工作。但是，由于材料、制造和运行环境等方面不利因素的存在以及疲劳、老化等效应的不可避免，系统发生故障是必然的。一次，对系统的运行状态进行检测与故障诊断，已经成为提高运行可靠性和安全性的必然手段。而故障的发生
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, 其中功率谱分析(二阶统计量) 应用最为广泛, 它给出信号不同频率成分下的能量分布情况, 当机械设备产生故障时, 频谱能量的分布情况将发生改变, 以此来诊断机械系统的故障。
高阶累积量(Higher Order Cumulants) (HOC)技术是近年来迅速发展起来的新技术, 作为处理非高斯信号、非线性信号以及盲信号的重要工具而受到日益重视。它有许多优点, 其最独特的优点是可以提取信号间的耦合特性和检测系统的非线性特性, 并且对高斯噪声不敏感, 可弃除外加干扰噪声的影响, 理论上可以完全消除噪声的影响, 提高分析和辨识精度, 所以给机械系统的动力特性辨识和故障识别与诊断提供一种可靠的分析方法。
目前，机电系统故障诊断的方法大体可以分为2 种：基于特征提取的方法和基于模式识别的方法。其中，基于特征提取的方法有：沃尔什变换、傅里叶变换、基函数法和各种波形分析方法等；基于模式识别的方法有：神经网络、建模和基于知识的专家系统等。基于特征提取的方法大部分采用各种数学变换得到故障的功率谱特征，没有充分考虑电路的相位特征，且要求对所研究的对象电路相当熟悉，其诊断方法通用性不强，推广有困难；基于模式识别的方法，如神经网络识别方法在训练时容易陷入局部最优解，且神经网络具有一定的统计特性，必须获取足够的训练样本数量才能减小训练和识别误差；采用建模的电路故障分析和诊断方法过程较为复杂，且当电路元件增加时产生较大的事件匹配数量；采用基于知识的专家系统必须预获取专家诊断经验和实际诊断数据，进行实时在线诊断有一定困难。
2. 论文研究的内容、方案
2.1研究内容，方案
内容： 整个设备状态监测与故障诊断技术包括诊断文档的建立和诊断实施两大部分。为了通过设备的状态特征信息来识别或估计设备所处状态，必须事先对同类型的被测设备的正常状态和各种故障状态进行大量实验、观察、分析、统计及归纳。从而建立起设备各类状态特征信息和状态间对应关系，这就是建立所谓的诊断文档。诊断文档的建立是实现故障诊断必不可少的环节之一，而诊断实施部分则包括如下步骤。
（1）信号检测：按不同诊断目的选择最能表征工作状态的信号，以形成初始模式。
（2）特征提取（信号处理）：将初始模式向量进行维数压缩、形式变换，去掉多余信息，提取故障特征，形成待检模式。
（3）状态识别：将待检模式进行状态分类，为此要建立判别函数，规定判别准则并力争使误差率最小。
（4）诊断决策：根据判别结果对设备及其工作进行必要的预测和干预。通过预测，估计出设备在“带病”状态下若不采取措施，能继续运行多久及可能产生的后果。通过干预控制的进一步发展或加以彻底的治理修复。
信号采集、处理过程：将加速度传感器和位移传感器安装在被测试设备的测试位置上，设备振动工作时则振动信号反馈到传感器。由于传感器原始信号很弱，需经过信号放大器放大信号。接着将放大的信号传送到数据采集卡NI-6014的A/D口，模拟信号转化成数字信号，保存成T*T文件格式到电脑上。整个过程就由LabVIEW7.1软件的测试程序来设定和控制。最后，用事先建好的数学模型，编写相关的Matlab程序，读取事先保存好的T*T数据，进行处理计算得出相关结果。
信号分析：主要应用双谱对振动信号进行分析。但由于三谱，作为高阶统计量理论引申出的一种新的信号处理方法，是比双谱阶次更高的统计量，包含更多的非线性、非高斯性信息，具有双谱不能展现一些的特性，所以同时建立三谱模型，进一步对振动信号进行分析。自回归高阶谱不仅可以描述系统固有品质特性、非线性耦合程度、抑制高斯噪声和保留相位信息，而且数据分析处理不受采样窗口限制。因此，自回归高阶谱可以用来分析和提取振动台本质特征，研究不同参数下的振动信号特征，为机床参数调节最优化做指导。
将对自回归高阶谱模型的建立及一些相关切片谱的计算方法进行研究。
方案：
（1）搭建一个机电系统传动信号测试系统
（2）对信号测试系统进行调试。
（3）测试不同组不同因素下传动系统的谱特征，记录数据。
（4）通过matlab等软件，编写程序，进行处理计算得出相关结果。
2.2条件分析
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