本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的滾動(dòng)軸承故障診斷算法應(yīng)用研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：隨著科技的進(jìn)步，機(jī)械設(shè)備逐漸朝著精密化的方向發(fā)展，如果維護(hù)不及時(shí)設(shè)備就有可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)械故障而沒(méi)有被察覺(jué)（特別是早期故障），嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，因此設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中最好對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新方法被運(yùn)用于其中。而在眾多的機(jī)械設(shè)備故障診斷成果當(dāng)中，大部分是理論研究成果，有一部分是基于PC或DSP處理器的面向應(yīng)用的故障診斷設(shè)備，但一般不具有處理速度上的優(yōu)勢(shì)。因此，本文采用FPGA作為處理器，運(yùn)用相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)故障診斷具有明顯的速度優(yōu)勢(shì)。 本文主要圍繞滾動(dòng)軸承的故障診斷算法實(shí)現(xiàn)展開(kāi)研究。重點(diǎn)研究了小波變換、希爾伯特變換和FFT變換的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，并且用多組軸承故障數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該算法的可靠性。 首先，本文介紹了滾動(dòng)軸承的故障機(jī)理。分析了滾動(dòng)軸承的各種失效形式和失效時(shí)的頻率特征，以及振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域分析、頻域分析、模態(tài)分析方法。 其次，研究了小波變換、希爾伯特變換和快速傅里葉變換。在研究小波基本理論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Mallat算法實(shí)現(xiàn)了小波變換的FPGA實(shí)現(xiàn)，并且具有較高的運(yùn)算精度。緊接著在希爾伯特變換的理論基礎(chǔ)上從時(shí)域角度運(yùn)用FIR濾波器完成了希爾伯特變換的FPGA實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)該算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。還研究了從離散傅里葉變換（DFT）到快速傅里葉變換（FFT）的算法結(jié)構(gòu)，最后運(yùn)用以單路徑延時(shí)反饋交換器（SDF）為核心的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了4096點(diǎn)FFT的FPGA實(shí)現(xiàn)，并且驗(yàn)證了該算法的FPGA實(shí)現(xiàn)具有較高的運(yùn)算精度。這三種算法用FPGA實(shí)現(xiàn)所具有的高速處理速度為整個(gè)滾動(dòng)軸承故障診斷算法的實(shí)時(shí)性提供了保證。 最后，通過(guò)多組數(shù)據(jù)作對(duì)比，驗(yàn)證了該算法的可靠性。先用美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的故障軸承數(shù)據(jù)，軸承的內(nèi)圈、外圈、滾珠三組數(shù)據(jù)分別用該算法進(jìn)行處理，很準(zhǔn)確的找到了故障點(diǎn)的頻率以及倍頻，并且和MATLAB的計(jì)算結(jié)果作對(duì)比，誤差很小。然后用軸承故障平臺(tái)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用該故障診斷算法分別處理了軸承的內(nèi)圈、外圈、滾珠三組數(shù)據(jù)，也取得了很好地故障診斷效果，從而進(jìn)一步說(shuō)明了該故障診斷算法的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：故障診斷 小波變換 希爾伯特變換 FFT FPGA
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH133.33;TH165.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 軸承故障診斷的意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11-14
• 1.2.1 滾動(dòng)軸承故障診斷發(fā)展歷程11-12
• 1.2.2 滾動(dòng)軸承故障診斷傳統(tǒng)的分析方法12-13
• 1.2.3 滾動(dòng)軸承故障診斷現(xiàn)代分析方法13-14
• 1.2.4 滾動(dòng)軸承故障診斷的發(fā)展趨勢(shì)14
• 1.3 軸承故障診斷方案確定14-15
• 1.4 本論文主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第二章 軸承故障診斷理論基礎(chǔ)16-21
• 2.1 滾動(dòng)軸承的失效形式16-17
• 2.2 滾動(dòng)軸承故障特征17-18
• 2.3 滾動(dòng)軸承故障診斷常用的方法18-20
• 2.3.1 振動(dòng)信號(hào)預(yù)處理18
• 2.3.2 振動(dòng)信號(hào)時(shí)域分析法18-20
• 2.3.2.1 有量綱參數(shù)分析18-19
• 2.3.2.2 無(wú)量綱參數(shù)分析19-20
• 2.3.3 振動(dòng)信號(hào)的頻域處理20
• 2.3.4 試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)識(shí)別20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第三章 小波變換及其FPGA實(shí)現(xiàn)21-40
• 3.1 小波變換21-28
• 3.1.1 連續(xù)小波變換22-23
• 3.1.1.1 連續(xù)小波變換定義22
• 3.1.1.2 連續(xù)小波變換性質(zhì)22-23
• 3.1.2 離散小波變換23
• 3.1.3 多分辨率分析23-25
• 3.1.4 小波變換的 Mallat 算法25-28
• 3.1.4.1 小波分解的快速算法25-27
• 3.1.4.2 小波重構(gòu)的快速算法27-28
• 3.2 小波基的選取28-29
• 3.3 小波分解與重構(gòu)的 FPGA 實(shí)現(xiàn)29-39
• 3.3.1 FIR 數(shù)字濾波器29-32
• 3.3.2 FIR 濾波器的 FPGA 實(shí)現(xiàn)32-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 希爾伯特變換及其FPGA實(shí)現(xiàn)40-44
• 4.1 希爾伯特變換基本理論40-41
• 4.1.1 連續(xù)希爾伯特變換的定義40-41
• 4.1.2 離散希爾伯特變換41
• 4.2 希爾伯特變換實(shí)現(xiàn)算法41-43
• 4.3 本章小結(jié)43-44
• 第五章 快速傅里葉變換及其FPGA實(shí)現(xiàn)44-60
• 5.1 DFT 算法44-45
• 5.2 基 2 FFT 算法45-54
• 5.3 基于流水結(jié)構(gòu)的 FFT 處理器54-59
• 5.4 本章小結(jié)59-60
• 第六章 滾動(dòng)軸承故障診斷算法仿真與驗(yàn)證60-75
• 6.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介60-61
• 6.2 故障診斷算法結(jié)構(gòu)61
• 6.3 數(shù)據(jù)分析61-73
• 6.3.1 算法驗(yàn)證61-67
• 6.3.1.1 內(nèi)圈故障62-63
• 6.3.1.2 外圈故障63-65
• 6.3.1.3 滾珠故障65-66
• 6.3.1.4 無(wú)故障軸承66-67
• 6.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理67-73
• 6.3.2.1 內(nèi)圈故障67-69
• 6.3.2.2 外圈故障69-70
• 6.3.2.3 滾珠故障70-71
• 6.3.2.4 無(wú)故障軸承71-73
• 6.4 算法性能分析73-74
• 6.5 本章小結(jié)74-75
• 第七章 總結(jié)和展望75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 作者攻碩期間取得的成果81-82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：896535