【摘要】：旋轉(zhuǎn)機械是醫(yī)療、電力、航空等領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備,保障它們的安全運行具有非常重要的意義。由于機械振動參數(shù)可以直接反映設(shè)備的運行狀態(tài),所以振動信號分析常用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備的維護(hù)及狀態(tài)監(jiān)測。對于大多數(shù)振動信號有顯著的非平穩(wěn)性,使得故障檢測困難,本文開發(fā)了基于改進(jìn)型Hilbert-Huang變換的旋轉(zhuǎn)機械故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有采集通道多、采樣速度快、采集精度高等特點,而且可以自動進(jìn)行振動信號分析和設(shè)備故障診斷。系統(tǒng)主要由外接傳感器、集成式振動信號采集器以及上位機軟件三大部分組成。對于振動信號采集器,其主要以ARM和FPGA為核心架構(gòu),實現(xiàn)8路振動信號的同步采集功能。其中各通道均設(shè)計有傳感器接口切換電路、信號調(diào)理電路以及模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)電路。接口切換電路可根據(jù)實際需求接入不同類型的傳感器。對8路信號同步采集時,采樣速率可達(dá)150KHz。此外,該采集器還設(shè)計有串口、以太網(wǎng)卡接口來實現(xiàn)與上位機之間的通信。上位機軟件在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計,主要實現(xiàn)采集參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)保存以及信號的分析處理三種功能。該軟件通過網(wǎng)口對采集器進(jìn)行參數(shù)配置,所采集的數(shù)據(jù)可利用計算機的海量存儲資源進(jìn)行保存及回放。在信號的分析處理方面,本文深入研究了 Hilbert-Huang變換算法的原理,提出了相關(guān)匹配延拓法以及自適應(yīng)集合經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸馑惴�。不僅降低了振動信號在經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解時產(chǎn)生的分解誤差,而且解決了集合經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸庵械膮?shù)選擇問題,有效改善了Hilbert-Huang變換算法在旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備故障診斷中的分析效果。最后通過搭建振動實驗平臺對故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了測試。測試結(jié)果表明,本系統(tǒng)可以較好地提取旋轉(zhuǎn)機械的故障特征。
[Abstract]:Rotating machinery is the key equipment in the fields of medical treatment, electricity, aviation and so on. It is of great significance to ensure their safe operation. Because mechanical vibration parameters can directly reflect the operating state of the equipment, vibration signal analysis is often used in the maintenance and monitoring of rotating equipment. For most vibration signals have remarkable non-stationary, make fault detection difficult, this paper developed a rotating machinery fault diagnosis system based on improved Hilbert-Huang transform. The system not only has the characteristics of many acquisition channels, fast sampling speed and high acquisition accuracy, but also can automatically carry out vibration signal analysis and equipment fault diagnosis. The system is mainly composed of external sensor, integrated vibration signal collector and PC software. For the vibration signal collector, arm and FPGA are used as the core architecture to realize the synchronous acquisition function of 8 channels vibration signal. Among them, each channel has sensor interface switch circuit, signal conditioning circuit and ADC circuit. Interface switching circuit can access different types of sensors according to actual needs. The sampling rate can reach 150 kHz when 8 channels of signals are collected synchronously. In addition, the collector also designed serial port, Ethernet card interface to achieve communication with the host computer. The upper computer software is designed under LabVIEW development environment, which mainly realizes three functions, such as collecting parameter setting, data saving and signal analysis and processing. The software configures the parameters of the collector through the network interface, and the collected data can be saved and played back by using the massive storage resources of the computer. In the aspect of signal analysis and processing, the principle of Hilbert-Huang transform algorithm is deeply studied, and the correlation matching continuation method and the adaptive set empirical mode decomposition algorithm are proposed. It not only reduces the decomposition error of vibration signal in empirical mode decomposition, but also solves the problem of parameter selection in set empirical mode decomposition, and effectively improves the analysis effect of Hilbert-Huang transform algorithm in fault diagnosis of rotating machinery. Finally, the fault diagnosis system is tested by building a vibration experimental platform. The test results show that the system can extract the fault features of rotating machinery.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH17

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本文編號：2131147