论文开题：基于双谱盒维数的减压阀故障诊断

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：机电工程及自动化学院　　　　　　　　　　　　　专业班级：　08机电2班　

课题名称 基于双谱盒维数的减压阀故障诊断

1、本课题的的研究目的和意义：
液压系统的故障是指能影响液压系统正常运行的因素，因此，需要对液压系统进行定期维护和故障检测，以保障生产的顺利进行。在液压系统故障诊断方法中，由于系统故障时所测得的信号大多是非平稳和非高斯分布的信号，传统的振动时域特征值方法没有考虑液压系统的这些非线性因素，因而难以适当地描述复杂液压系统的状态。
而基于高阶累积量的AR双谱和盒维数分形分析方法都能对复杂的非线性的系统进行描述。AR双谱能够很好地处理非高斯信号，还能够判别系统是否含有非线性以及非线性的程度。它不同于传统的信号处理方法，它弥补了功率谱的不足，利用高阶谱对故障信息的灵敏性可以监测设备的运行状态，实现其故障诊断与识别。由于高斯分布的随机变量的高阶累积量恒等于0，因此，在加性高斯色噪声下，高阶累积量和高阶谱可以抑制噪声的影响，
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R．W．等利用高阶谱特征来检测加工刀具的磨损情况。Murray A．和Penman J．对感应电机的振动信号进行双谱分析，提取故障特征信息。Miguel Delgado Prieto和Antonio Garcia Espinosa等利用盒维数进行
永磁同步电机的退磁故障诊断。
国内发展现状
在国内，高阶谱在机械故障诊断中的研究尚不多见。张桂才等以齿轮为对象，在包络分析的基础上，通过估计包络信号的零滞后高阶谱统计量，成功地将齿轮正常、裂纹和断齿信号进行了分离，效果十分显著；杨江天等在双谱的应用上也做了有益的尝试，发现对于不同的转子故障，双相干谱存在明显的差异。刘希亮等在小包分解的基础上采用分形盒维数的方法分析齿轮泵的故障诊断信号。樊福梅等采用分形盒维数方法进行了不同故障试验数据的分形盒维数研究计算，以来分析汽轮机故障诊断。然而将高阶谱和盒维数应用到减速阀的故障诊断中却很少见，笔者尝试将两种分析方法结合起来对减速阀进行故障诊断。


3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
（1）减压阀工作原理和结构
（2）信号的分析，如滤波等处理
（3）信号双谱和谱盒维数的计算

对比不同故障状态以及正常状态的盒维数，得出故障类型与盒维数间的对应关系


4、拟解决的关键问题：
（1）信号的预处理
（2）MATLAB编程求解信号双谱图，AR模型的建立
（3）信号盒维数的求解计算



5、研究思路、方法和步骤：
思路和方法
（1）了解减压阀工作原理和结构，在液压试验台（液压传动课程试验的试验台）对减压阀进行故障试验，设置几种故障模式和正常状态，系统运行时使用位移传感器拾取减压阀阀体的振动信号，该信号即蕴含阀门的状态信息
（2）对拾取的信号进行分析
在实验过程中，由于各种干扰的存在，使得测试系统采集到的数据偏离真实值出现线性项或缓慢变化的、周期大于记录长度的成分。这种趋势项的存在会使时域中的相关分析和频率域中的功率谱分析产生较大的误差, 甚至使低频谱完全失去真实性，所以分析数据之前必须预处理，预处理即是将测试中采集到的数据尽可能真实地还原成实际状况的数据，可采用小波滤波、中数法消除趋势项或者五点滑动平均法的低频信号进行预处理。
（3）对滤波后的信号计算其双谱
应用实验中采集并预处理的振动信号，建立振动信号的时间序列模型AR模型，计算其三阶累积量谱即双谱。
（4）计算双谱图的盒维数
实验中采集到的是一些离散的振动信号，盒维数作为分形维的一中，计算它的大小及变化可以反映信号的不规则度和复杂度。离散信号的盒维数算法用近似的方法得到。通过最终得到的线性回归模型直线的斜率获得盒维数。
（5）对比不同故障状态以及正常状态的盒维数及双谱图，得出故障类型与盒维数、双谱图间的对应关系
步骤：
（1）了解减压阀工作原理和结构，设计减压阀常见故障形式进行实验
（2）进行信号预处理
（3）通过MATLAB程序求出自回归双谱图
（4）对预处理之后的各组数据采用MATLAB分别求出分形盒维数
（5）分析已求出的双谱图和分形盒维数，得出故障类型和盒维数及双谱图间的对应关系，并得出此次试验的结论。

6、本课题的进度安排：
2012.02.12-2012.03.01，查阅资料，了解故障诊断及分形技术应用于机械装置故障诊断的相关知识；

2012.03.02-2012.03.31，设计实验系统和实验方法、数据处理方法等；

2012.04.01-2012.04.30，实验，处理数据；

2012.05.01-2012.05.31，总结实验结果，撰写论文；

2012. ……（未完，全文共3946字，当前仅显示1993字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题：基于双谱盒维数的减压阀故障诊断》）