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基于振動信息的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷識別方法研究

發(fā)布時間:2017-08-30 05:31

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  更多相關(guān)文章: 轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 載荷識別 彎扭耦合 集合經(jīng)驗?zāi)7纸?/b> 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)


【摘要】:轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)機械的核心部件,隨著旋轉(zhuǎn)機械向復(fù)雜化和大型化發(fā)展,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運行中的振動特性,成為影響機組安全運行的重要的因素之一。同時,在旋轉(zhuǎn)軸的運行過程中,軸系還會承受復(fù)雜多變的載荷激勵,在載荷激勵下,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彎扭耦合特性呈現(xiàn)出新的變化,因此,研究載荷激勵下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動特性,為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷識別和故障診斷提供了理論依據(jù)。首先,為了監(jiān)測轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動以實現(xiàn)載荷的辨識,本文在考慮彈性旋轉(zhuǎn)軸和剛性盤的基礎(chǔ)上,忽略軸承油膜力等其他因素的影響,以載荷和偏心距為紐帶建立了以拉格朗日為基礎(chǔ)的機械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彎扭耦合模型,在MATLAB/Simulink環(huán)境下創(chuàng)建仿真模型,利用ode45(Runge-Kutta算法)計算仿真模型的解析解。通過仿真得到了各載荷狀態(tài)下振動信號的時域變化規(guī)律:加載的幅值越大,其振動位移曲線偏離相對不加載的平衡位置的位移量就越大,并且變化特性與載荷加載特性相一致。其次,為了實現(xiàn)精確有效的載荷識別,對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中常見的5類載荷進(jìn)行定性和定量分析。提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、奇異值分解(Singular Value Decomposition,SVD)、集合經(jīng)驗?zāi)7纸?Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)相結(jié)合的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的定性識別方法以及反演模型、回歸預(yù)測相結(jié)合的定量識別方法。巧妙運用SVD分解的特點,對原始信號進(jìn)行重構(gòu)弱化轉(zhuǎn)頻成分,凸顯振動信號中不同類型加載載荷的頻率成分;利用EEMD對重構(gòu)信號進(jìn)行特征提取和能量化;最后將特征量輸入到網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行分類識別,完成載荷的定性識別。在載荷定量識別過程中,提出了兩種方法。第一是對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行反演,利用振動信號反解出載荷;第二是在定性識別的基礎(chǔ)上,提取信號的最大特征值,利用網(wǎng)絡(luò)的回歸能力進(jìn)行載荷識別。最后,研制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗臺,根據(jù)載荷特點和試驗條件制定合理的試驗方案,完成加載試驗。將試驗數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析,分析表明仿真模型和載荷識別方法的正確性和有效性。本課題的研究為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷識別和故障診斷提供了理論支持和試驗驗證。
【關(guān)鍵詞】:轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 載荷識別 彎扭耦合 集合經(jīng)驗?zāi)7纸?/strong> 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】:太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號】:TH113.1
【目錄】:
  • 摘要3-5
  • abstract5-12
  • 第一章 緒論12-18
  • 1.1 引言12
  • 1.2 研究的目的和意義12-13
  • 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
  • 1.3.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷激勵研究動態(tài)13-14
  • 1.3.2 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎扭耦合建模研究動態(tài)14-15
  • 1.3.3 振動信號的載荷識別方法研究動態(tài)15
  • 1.3.4 相關(guān)問題的討論15-16
  • 1.4 主要研究內(nèi)容16-17
  • 1.5 技術(shù)路線17
  • 1.6 小結(jié)17-18
  • 第二章 載荷激勵下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎扭耦合的數(shù)學(xué)模型18-26
  • 2.1 引言18
  • 2.2 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)載荷激勵傳遞特性18-19
  • 2.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的離散化19-20
  • 2.3.1 質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量的離散化19
  • 2.3.2 轉(zhuǎn)軸剛度的等效19-20
  • 2.3.3 等效粘性阻尼系數(shù)20
  • 2.4 變載荷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎扭耦合數(shù)學(xué)模型20-23
  • 2.5 提升機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)彎扭耦合數(shù)學(xué)模型23-24
  • 2.6 小結(jié)24-26
  • 第三章 載荷激勵下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)仿真26-38
  • 3.1 引言26
  • 3.2 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)仿真模型26-28
  • 3.2.1 MATLAB/Simulink簡介26
  • 3.2.2 基于Simulink的變載荷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)仿真模型26-27
  • 3.2.3 基于Simulink的提升機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)仿真模型27-28
  • 3.3 載荷激勵下變載荷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)仿真28-33
  • 3.3.1 空載28-29
  • 3.3.2 沖擊載荷激勵29
  • 3.3.3 瞬態(tài)載荷激勵29-30
  • 3.3.4 穩(wěn)態(tài)載荷激勵30-31
  • 3.3.5 線性載荷激勵31-32
  • 3.3.6 正弦載荷激勵32-33
  • 3.4 載荷激勵下提升機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力學(xué)仿真33-37
  • 3.4.1 空載33-34
  • 3.4.2 沖擊載荷激勵34
  • 3.4.3 瞬態(tài)載荷激勵34-35
  • 3.4.4 穩(wěn)態(tài)載荷激勵35
  • 3.4.5 線性載荷激勵35-36
  • 3.4.6 正弦載荷激勵36-37
  • 3.5 小結(jié)37-38
  • 第四章 基于振動信號的載荷定性識別38-60
  • 4.1 引言38
  • 4.2 基于FFT的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動信號分析38-41
  • 4.2.1 變載荷系統(tǒng)振動信號的頻譜分析38-40
  • 4.2.2 提升機系統(tǒng)振動信號的頻譜分析40-41
  • 4.3 基于奇異值分解的振動信號分析41-43
  • 4.3.1 奇異值分解41
  • 4.3.2 奇異值分解特征提取方法41-42
  • 4.3.3 基于振動信號變載荷系統(tǒng)的奇異值分解42-43
  • 4.4 EEMD分解和能量特征提取43-50
  • 4.4.1 EEMD分解44-48
  • 4.4.2 能量特征提取48-50
  • 4.5 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的載荷識別50-52
  • 4.5.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)51
  • 4.5.2 設(shè)計BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)51-52
  • 4.6 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練及載荷定性識別52-58
  • 4.6.1 基于振動信號的變載荷系統(tǒng)載荷定性識別53-55
  • 4.6.2 基于振動信號的提升機系統(tǒng)載荷定性識別55-58
  • 4.7 小結(jié)58-60
  • 第五章 基于振動信號的載荷定量識別60-76
  • 5.1 引言60
  • 5.2 基于反演法的載荷定量識別60-64
  • 5.2.1 基于反演法的變載荷系統(tǒng)的載荷定量識別61-62
  • 5.2.2 基于反演法的提升機系統(tǒng)的載荷定量識別62-64
  • 5.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸分析的載荷定量識別64-65
  • 5.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸分析法簡介64-65
  • 5.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸法原理65
  • 5.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的回歸分析65-74
  • 5.4.1 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸的變載荷系統(tǒng)的載荷定量識別65-69
  • 5.4.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸的提升機系統(tǒng)的載荷定量識別69-74
  • 5.5 小結(jié)74-76
  • 第六章 載荷激勵下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的試驗研究76-98
  • 6.1 引言76
  • 6.2 試驗臺系統(tǒng)設(shè)計方案76-77
  • 6.3 試驗臺設(shè)計77-81
  • 6.3.1 變載荷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計77-78
  • 6.3.2 變載荷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗臺測試系統(tǒng)設(shè)計78-80
  • 6.3.3 提升機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗臺結(jié)構(gòu)設(shè)計80
  • 6.3.4 提升機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)試驗臺測試系統(tǒng)設(shè)計80-81
  • 6.4 試驗方案81-83
  • 6.4.1 試驗?zāi)康?/span>82
  • 6.4.2 試驗內(nèi)容82
  • 6.4.3 試驗步驟82-83
  • 6.4.4 試驗設(shè)計方案83
  • 6.5 試驗結(jié)果分析83-97
  • 6.5.1 信號的時域分析83-87
  • 6.5.2 信號的頻譜分析87-90
  • 6.5.3 信號的奇異值分解90-91
  • 6.5.4 信號的EEMD分解和能量提取91-93
  • 6.5.5 信號的定性識別方法驗證93
  • 6.5.6 信號的定量識別方法驗證93-97
  • 6.6 小結(jié)97-98
  • 第七章 結(jié)論與展望98-102
  • 7.1 工作總結(jié)98-99
  • 7.2 主要結(jié)論99
  • 7.3 進(jìn)一步工作展望99-102
  • 參考文獻(xiàn)102-108
  • 致謝108-110
  • 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文110

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