本文關(guān)鍵詞：信號瞬態(tài)成分稀疏表示方法及其機械故障特征提取應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 瞬態(tài)成分 稀疏表示 小波 故障 特征提取 軸承 齒輪

【摘要】：機械、運載、能源、冶金、石化、國防等國民經(jīng)濟行業(yè)中的關(guān)鍵機械設(shè)備的運行狀況直接關(guān)系著國民經(jīng)濟的正常運作與健康穩(wěn)定地發(fā)展。機械設(shè)備中的核心零部件由于長期處于疲勞、高溫等惡劣環(huán)境,會不可避免的發(fā)生失效。對這些關(guān)鍵零部件實施故障特征提取,對判斷零部件故障形式,保證設(shè)備安全可靠地以最優(yōu)狀態(tài)運行,避免重大事故的發(fā)生,具有重要的意義。在國家自然科學(xué)基金項目“稀疏框架下信號瞬態(tài)成分提取及其機械故障預(yù)示研究”(項目批準(zhǔn)號:51375322)資助下,本論文以旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備關(guān)鍵零部件滾動軸承和齒輪的故障特征提取為檢測目標(biāo),研究并提出了一種新的故障特征提取方法——基于稀疏表示的瞬態(tài)特征提取方法,并針對與其相關(guān)的問題進行了理論研究和應(yīng)用研究。分析故障機理是開展故障特征提取的前提,在闡述了滾動軸承和齒輪故障失效形式的基礎(chǔ)上,本論文分析了滾動軸承和齒輪在發(fā)生局部故障時振動信號的特點;闡述了信號稀疏表示理論及其關(guān)鍵步驟,保證了進行信號特征稀疏表示的理論基礎(chǔ);揭示了故障振動信號具有“瞬態(tài)性”和“稀疏性”的本質(zhì)特征,引入了稀疏表示對故障振動信號進行特征提取,并提出了稀疏表示策略。過完備表示字典的構(gòu)造是進行信號稀疏表示的關(guān)鍵問題之一。恒定轉(zhuǎn)速工況下,針對關(guān)鍵零部件滾動軸承、齒輪在發(fā)生局部故障時其振動信號的特點,本論文提出了適應(yīng)信號特征的過完備小波字典的構(gòu)造方法。利用相關(guān)濾波法計算最優(yōu)匹配小波原子,并提出了利用時間參數(shù)平移構(gòu)造過完備小波字典的方法,保證了表示字典與信號的相似度。稀疏表示模型中目標(biāo)函數(shù)的求解是進行信號稀疏表示的另一個關(guān)鍵問題。針對目標(biāo)函數(shù)中數(shù)據(jù)保真項的優(yōu)化,本論文提出了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)數(shù)據(jù)保真項的瞬態(tài)成分稀疏表示方法。通過數(shù)值仿真實驗驗證了本文所提方法的有效性,并研究了所提方法中拉格朗日乘子和懲罰因子對稀疏表示結(jié)果的影響,分析了稀疏表示解的存在性與唯一性。對實際采集的滾動軸承和齒輪在發(fā)生局部故障時的振動信號進行了應(yīng)用研究,驗證了本文所提方法對滾動軸承和齒輪故障特征提取的有效性和適用性。針對目標(biāo)函數(shù)中懲罰項的優(yōu)化,本論文提出了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)懲罰項的瞬態(tài)成分稀疏表示方法。設(shè)計了一般形式的二次嚴格凸函數(shù),為優(yōu)化算法的實現(xiàn)提供了保證。通過數(shù)值仿真驗證了所提方法的有效性和優(yōu)越性,探討了不同信噪比下該方法稀疏表示瞬態(tài)成分的能力。對實際采集的滾動軸承和齒輪在發(fā)生局部故障時的振動信號進行了應(yīng)用研究,驗證了本文所提方法對滾動軸承和齒輪故障特征提取的有效性和適用性。本論文基于稀疏表示理論對故障振動信號特征提取進行研究,確定了兩種旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備關(guān)鍵零部件在局部故障下的特征提取的稀疏表示方法,對旋轉(zhuǎn)機械故障特征提取與故障診斷有一定的理論和實用意義。
【關(guān)鍵詞】：瞬態(tài)成分 稀疏表示 小波 故障 特征提取 軸承 齒輪
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH165.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 機械故障特征提取的研究背景、意義及主要研究現(xiàn)狀10-14
• 1.1.1 研究背景與意義10-12
• 1.1.2 機械故障特征提取主要研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2 機械故障特征提取中振動信號處理技術(shù)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 小波分析方法14-15
• 1.2.2 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解方法15-16
• 1.2.3 稀疏信號分解方法16-17
• 1.3 論文的主要研究工作17-20
• 1.3.1 論文的研究思路17-18
• 1.3.2 論文的內(nèi)容安排18-20
• 第二章 機械故障特征提取及其稀疏表示20-37
• 2.1 引言20-21
• 2.2 滾動軸承故障振動信號特點21-25
• 2.2.1 滾動軸承故障形式21-22
• 2.2.2 滾動軸承故障振動信號22-25
• 2.3 齒輪故障振動信號特點25-29
• 2.3.1 齒輪故障形式25-26
• 2.3.2 齒輪故障振動信號的調(diào)制26-29
• 2.4 稀疏表示理論29-35
• 2.4.1 稀疏表示模型29-31
• 2.4.2 過完備字典構(gòu)造31-32
• 2.4.3 表示系數(shù)求解方法32-35
• 2.5 機械故障特征稀疏表示思想與策略的提出35-36
• 2.5.1 機械故障特征稀疏表示思想35-36
• 2.5.2 機械故障特征稀疏表示策略36
• 2.6 小結(jié)36-37
• 第三章 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)數(shù)據(jù)保真項的瞬態(tài)成分稀疏表示方法及其應(yīng)用研究37-71
• 3.1 引言37-38
• 3.2 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)數(shù)據(jù)保真項的瞬態(tài)成分稀疏表示方法38-46
• 3.2.1 方法原理38-40
• 3.2.2 過完備小波字典40-42
• 3.2.3 分裂增廣拉格朗日收縮算法42-46
• 3.3 仿真信號分析46-56
• 3.3.1 仿真實驗46-51
• 3.3.2 參數(shù)與性能分析51-53
• 3.3.3 解的存在性和唯一性分析53-54
• 3.3.4 與其他時頻分析方法的比較54-56
• 3.4 軸承故障特征提取應(yīng)用56-64
• 3.5 齒輪故障特征提取應(yīng)用64-70
• 3.6 本章小結(jié)70-71
• 第四章 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)懲罰項的瞬態(tài)成分稀疏表示方法及其應(yīng)用研究71-95
• 4.1 引言71-72
• 4.2 優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)懲罰項的瞬態(tài)成分稀疏表示方法72-79
• 4.2.1 優(yōu)化最小算法72-75
• 4.2.2 嚴格凸函數(shù)的設(shè)計75-77
• 4.2.3 優(yōu)化迭代算法77-79
• 4.3 仿真信號分析79-85
• 4.3.1 仿真實驗79-83
• 4.3.2 與優(yōu)化數(shù)據(jù)保真項的稀疏表示方法對比分析83-85
• 4.4 軸承故障特征提取應(yīng)用85-92
• 4.5 齒輪故障特征提取應(yīng)用92-94
• 4.6 本章小結(jié)94-95
• 第五章 全文總結(jié)與展望95-97
• 參考文獻97-104
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果104-106
• 致謝106-107

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：1123265