機械類畢業(yè)論文 旋轉機械故障診斷及探究

1、南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第一章 緒 論 機械故障診斷, 就是通過機械運行中的相關信息來識別其技術狀態(tài)是否正常, 確定故障的性質和部位,尋找故障起因, 預報故障趨勢, 并提出相應的對策的一門技術?，F(xiàn)代的機械設備正在迅速地向著精密化、高速化、自動化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展, 設備更加復雜, 各個部件的聯(lián)系也越來越緊密, 設備某部件的故障有可能會引起整個設備的損壞。機械設備發(fā)生故障不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失, 而且會危及人身安全帶來嚴重的后果。因此, 機械故障診斷工作得到了廣大科研人員的關注和重視, 隨著各個領域技術的不斷發(fā)展, 各種新的技術和理論被不1并提出了新的診斷方法與理論斷地應用于機械故

2、障診斷中, 。 1.1 旋轉機械故障診斷的意義，目的和過程 旋轉機械的故障問題有很多，在這里我們選取滾動軸承的故障問題來介紹一下。 3 旋轉機械故障診斷的意義1.1.1 滾動軸承是機械設備中最常見的部件之一，它的運行狀態(tài)直接影響整臺機器的功能據(jù)鋼鐵工業(yè)統(tǒng)計，在旋轉機械中，由于滾動軸承損壞而引起的故障約占30因此，對滾動軸承工作狀態(tài)的監(jiān)視及其故障診斷技術的研究工作越來越受到人們的重視，成為保障旋轉機械良好工作性能的重要保障。 最初的軸承故障診斷是利用聽棒，靠聽覺來判斷。這種方法至今仍在沿用，其中的一部分已改進為電子聽診器，例如用電子聽診器來檢查、判斷軸承的疲勞損傷。訓練有素的人員憑經(jīng)驗能診斷出剛

3、剛發(fā)生的疲勞剝落，有時甚至能辨別出損傷的位置，但畢竟影響因素較多，可靠性較差。 繼聽棒、電子聽診器之后，在滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作中又引入了各種測振儀，用振動位移、速度和加速度的均方根值或峰值來判斷軸承有無故障，這樣減少了監(jiān)測人員對經(jīng)驗的依賴性，提高了監(jiān)測診斷的準確性，但仍很難在故障初期及時做出診斷。 1966年，全球主要滾動軸承生產商之一，瑞典SKF公司在多年對 軸承故障機理研究的基礎上發(fā)明了用沖擊脈沖儀（Shock Pulse Meter）檢測軸承損傷，將滾動軸承的故障診斷水平提高了一個檔次。之后， 1 第一章 緒論 幾十家公司相繼安裝了大批傳感器用于長期監(jiān)測軸承的運轉情況，在航空

4、飛機上也安裝了類似的檢測儀器。 1976年，日本新日鐵株式會社研制了MCV系列機器檢測儀（Machine Checker），可分別在低頻、中頻和高頻段檢測軸承的異常信號。同時推出的還有油膜檢查儀，利用超聲波或高頻電流對軸承的潤滑狀態(tài)進行監(jiān)測，探測油膜是否破裂，發(fā)生金屬間直接接觸。1976-1983年，日本精工公司（NSK）相繼研制出了NB系列軸承監(jiān)測儀，利用115kHz范圍內的軸承振動信號測量其RMS值和峰值來檢測軸承故障。由于濾除了低頻干擾，靈敏度有所提高，其中有些型號的儀器儀表還具有報警、自動停機功能。 隨著對滾動軸承的運動學、動力學的深入研究，對于軸承振動信號中的頻率成分和軸承零件的幾何

5、尺寸及缺陷類型的關系有了比較清楚的了解，加之快速傅里葉變換技術的發(fā)展，開創(chuàng)了用頻域分析方法來檢測和診斷軸承故障的新領域。其中最具代表性的有對鋼球共振頻率的研究，對軸承圈自由共振頻率的研究，對滾動軸承振動和缺陷、尺寸不均勻及磨損之間關系的研究。1969年，H. L. Balderston根據(jù)滾動軸承的運動分析得出了滾動軸承的滾動體在內外滾道上的通過頻率和滾動體及保持架的旋轉頻率的計算公式，以上研究奠定了這方面的理目前已有多種信號分析儀可供滾動軸承的故障診斷，美國恩?；A論泰克公司根據(jù)滾動軸承振動時域波形的沖擊情況推出的“波尖能量”法及相應儀器，對滾動軸承的故障診斷非常有效。還有多種信號分析處理技

6、術用于滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，如頻率細化技術、倒頻譜、包絡線分析等。在信號預處理上也采用了各種濾波技術，如相干濾波、自適應濾波等，提高了診斷靈敏度。 除了利用振動信號對軸承運行狀態(tài)進行診斷監(jiān)測外，還發(fā)展了其 他一些技術，如光纖維監(jiān)測技術、油污染分析法（光譜測定法、磁性磁屑探測法和鐵譜分析法等）、聲發(fā)射法、電阻法等。本課題利用的是振動信號來對故障的監(jiān)測。 3 旋轉機械故障的主要形式和原因1.1.2 滾動軸承在運轉過程中可能會由于各種原因引起損壞，如裝配不 2 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 當、潤滑不良、水分和異物侵入、腐蝕和過載等都可能會導致軸承過早損壞。即使在安裝、潤滑和使用維護都

7、正常的情況下，經(jīng)過一段時間運轉，軸承也會出現(xiàn)疲勞剝落和磨損而不能正常工作?？傊?，滾動軸承的故障原因是十分復雜的。滾動軸承的主要故障形式與原因如下。 1.疲勞剝落 滾動軸承的內外滾道和滾動體表面既承受載荷又相對滾動，由于交變載荷的作用，首先在表面下一定深度處（最大剪應力處）形成裂紋，繼而擴展到接觸表面使表層發(fā)生剝落坑，最后發(fā)展到大片剝落，這種現(xiàn)象就是疲勞剝落。疲勞剝落會造成運轉時的沖擊載荷、振動和噪聲加劇。通常情況下，疲勞剝落往往是滾動軸承失效的主要原因，一般所說的軸承壽命就是指軸承的疲勞壽命，軸承的壽命試驗就是疲勞試驗。試驗規(guī)程規(guī)定，在滾道或滾動體上出現(xiàn)面積為0.5mm2的疲勞剝落坑就認為軸承

8、壽命終結。滾動軸承的疲勞壽命分散性很大，同一批軸承中，其最高壽命與最低壽命可以相差幾十倍乃至上百倍，這從另一角度說明了滾動軸承故障監(jiān)測的重要性。 2.磨損 由于塵埃、異物的侵入，滾道和滾動體相對運動時會引起表面磨損，潤滑不良也會加劇磨損，磨損的結果使軸承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了軸承運轉精度，因而也降低了機器的運動精度，振動及噪聲也隨之增大。對于精密機械軸承，往往是磨損量限制了軸承的壽命。 此外，還有一種微振磨損。在軸承不旋轉的情況下，由于振動的作用，滾動體和滾道接觸面間有微小的、反復的相對滑動而產生磨損，在滾道表面上形成振紋狀的磨痕。 3.塑性變形 當軸承受到過大的沖擊載荷或靜載荷時，

9、或因熱變形引起額外的 載荷，或有硬度很高的異物侵入時都會在滾道表面上形成凹痕或劃痕。這將使軸承在運轉過程中產生劇烈的振動和噪聲。而且一旦有了壓痕，壓痕引起的沖擊載荷會進一步引起附近表面的剝落。 4.銹蝕 3 第一章 緒論 銹蝕是滾動軸承最嚴重的問題之一，高精度軸承可能會由于表面 銹蝕導致精度喪失而不能繼續(xù)工作。水分或酸、堿性物質直接侵人會引起軸承銹蝕。當軸承停止工作后，軸承溫度下降達到露點，空氣中水分凝結成水滴附在軸承表面上也會引起銹蝕。此外，當軸承內部有電流通過時，電流有可能通過滾道和滾動體上的接觸點處，很薄的油膜引起電火花而產生電蝕，在表面上形成搓板狀的凹凸不平。 5.斷裂 過高的載荷會可

10、能引起軸承零件斷裂。磨削、熱處理和裝配不當 都會引起殘余應力，工作時熱應力過大也會引起軸承零件斷裂。另外，裝配方法、裝配工藝不當，也可能造成軸承套圈擋邊和滾子倒角處掉塊。 6.膠合 在潤滑不良、高速重載情況下工作時，由于摩擦發(fā)熱，軸承零件可以在極短時間內達到很高的溫度，導致表面燒傷及膠合。所謂膠合是指一個零部件表面上的金屬粘附到另一個零件部件表面上的現(xiàn)象。 7.保持架損壞 由于裝配或使用不當可能會引起保持架發(fā)生變形，增加它與滾動體之間的摩擦，甚至使某些滾動體卡死不能滾動，也有可能造成保持架與內外圈發(fā)生摩擦等。這一損傷會進一步使振動、噪聲與發(fā)熱加劇，導致軸承損壞。 1.1.3 旋轉機械故障診斷的

11、目的 故障診斷的目的： (1)能即使地、正確地對各種異常狀態(tài)或故障狀態(tài)作出診斷，預防或消除故障，對設備的運行進行必要的指導，提高設備運行的可靠性、安全性和有效性，以把故障損失降低到最低水平。 (2)保證設備發(fā)揮最大的設計能力，制定合理的檢測維修制度，充分挖掘設備潛力，延長其使用壽命。 (3)通過檢測監(jiān)視、故障分析、性能評估等，為設備機構修改、優(yōu)化設計、合制造及生產過程提供數(shù)據(jù)和信息。 總而言之，故障診斷即要保證設備的安全可靠性，又要獲取更大的經(jīng)濟利益和 4 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 社會效益。 1.1.4 旋轉機械故障診斷的過程 作為機械設備的故障診斷技術，應具有下面幾種功能： (1

12、) 在不拆卸機械設備的條件下，能夠定量地檢測和評價設備個部分的運動和受力狀態(tài)，缺陷和磨損狀態(tài)，性能的劣化和故障狀態(tài)。 (2) 能夠確定設備的故障性質、部位、程度和發(fā)展趨勢，預測設備的可靠性程度。 (3) 能夠確定設備發(fā)生異常時的修復方法。 因此，機械設備的故障診斷應包括下面幾個環(huán)節(jié)： (1) 機械設備狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測； (2) 進行信號處理，提取故障的特征信息； (3) 確定故障的類型及發(fā)生部位； 對所確定的類型作防治或控制。 (4) 1.2 機械故障診斷方法 1.2.1 常用的機械故障診斷方法的分類 機械設備有各種類型，其工作條件又各有不同，故對不同機器的故障往往需要采用不同的方法來診斷。對機

13、器進行故障診斷的方法可以按如下幾種方式進行分類。 按診斷的目的要求分類 1.功能診斷和運行診斷 功能診斷是針對新安裝或剛維修后的機器或機組，需要檢查它們的運行工況和功能是否正常，并且按檢查的結果對機器或機組進行調整。而運行診斷是針對正常工作的機器或機組。 2.定期診斷和連續(xù)監(jiān)控 定期診斷是么一隔一個小時，例如1個月或數(shù)個月對工作狀態(tài)下的機器進行常規(guī)檢查。連續(xù)監(jiān)控則是采用儀表和計算機信息處理系統(tǒng)對機器運行狀態(tài)進行不間斷地監(jiān)視或控制。兩種診斷方式的采用，取決于設備的關鍵程度、設備事故影響的嚴重程度、運行過程中性能下降的快慢，以及設備發(fā)生和發(fā)展的可預測性。 5 第一章 緒論 3.直接診斷和間接診斷

14、直接診斷是直接確定關鍵部件的狀態(tài)，如主軸承間隙、齒輪齒面磨損、燃氣輪機葉子的裂紋以及在腐蝕環(huán)境下管道的壁厚等。直接診斷往往受到機器結構和工作條件的限制而無法實現(xiàn)，這時，就不得不采用間接診斷。 所謂間接診斷就是通過二次診斷信息來間斷判斷機器中關鍵部件的狀態(tài)變化。多次二次診斷信息屬于綜合信息。 4.在線診斷與離線診斷 在線診斷是指對于大型、重要的設備為了保證其安全和可靠運行需要對所監(jiān)測的信號自動、連續(xù)、定時的進行采集與分析，對出現(xiàn)的故障及時作出診斷；離線診斷是通過磁帶記錄儀或數(shù)據(jù)采集將現(xiàn)場的信號記錄并儲存起來，再在實驗室進行回放分析，對于一般中小型設備往往采用離線診斷方式。 按信息提取方式分類 信

15、號是信息的載體，設備出現(xiàn)故障時出現(xiàn)的征兆是通過檢測信息，即信號來體現(xiàn)的，所以可以按找特征信號與征兆之間的關系對方法進行分類。 1.函數(shù)分析法 特征信號與征兆之間存在定量的函數(shù)關，可用數(shù)學分析方法，例如狀態(tài)空間分析，由特征信號求出征兆。 2.可用數(shù)理統(tǒng)計方法由特征信號求出征兆。統(tǒng)計分析法又可分為分非參數(shù)模型統(tǒng)計法即傳統(tǒng)的信號處理方法和參數(shù)模型統(tǒng)計法兩種。它根據(jù)信號的采樣數(shù)據(jù)，首先建立差分方程形式的參數(shù)模型，再用模型的參數(shù)或用模型計算出信號統(tǒng)計特性、結構固有的特性或其他特性作為征兆。 按照狀態(tài)診斷方式分類 1.對比診斷法 目前應用最廣，應事先通過統(tǒng)計歸納、實驗研究、分析計算，確定同各有關狀態(tài)一一對

16、應的征兆，然后將獲得的征兆同基準模式對比，即可確定設備的狀態(tài)。 2.函數(shù)診斷法 在征兆與狀態(tài)之間如存在定量的函數(shù)關系，則在獲得征兆后即可用相應的函數(shù)關系計算出狀態(tài)。 3.邏輯診斷法 6 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 在征兆與狀態(tài)間如存在邏輯關系時，則在獲得征兆后即可用相應物理或數(shù)理邏輯關系推理判明有關狀態(tài)。 4.統(tǒng)計診斷法 一般模式識別理論中的統(tǒng)計模式法，它用于征兆與狀態(tài)之間存在統(tǒng)計關系時。 5.模糊診斷法 它是一種較新的診斷方法，其特點有二：第一，它采用多因素診斷，因為一種狀態(tài)可在不同程度地引起多種征兆，而一種征兆又可在不同程度上反映多種狀態(tài)；第二，它模仿人利用模糊邏輯而精確識別事物這

17、一特性。這樣，它根據(jù)所獲得的征兆，列出征兆隸屬度模糊向量，再根據(jù)以實踐為基礎所得到16,17，最后根據(jù)的模糊矩陣，利用模糊數(shù)學方法，計算出狀態(tài)隸屬度模糊向量此向量中各元素的大小確定有關狀態(tài)的情況。 6.智能診斷法 人工只能的目的是使計算機去做原來人才能做的事情，包括推理、理解、規(guī)劃、決策、抽象、學習等功能，專家系統(tǒng)是實現(xiàn)人工智能的重要形式，目前已廣泛用于診斷、解釋、設計、規(guī)劃、決策等各個領域?，F(xiàn)在國內外已發(fā)展了一系列用語設備故障診斷的專家系統(tǒng)，獲得了良好的效果。 1.2.2 機械故障診斷方法的問題和發(fā)展趨勢 近年來，故障診斷方法的研究有了長足的進展，但是研究過程中也發(fā)現(xiàn)了諸多問題。如微小故障的

18、早期檢測即故障預報問題、故障源的準確辨識問題、系統(tǒng)的非線性問題、故障檢測的魯棒性問題、故障診斷方法的實際應用問題等，而且有些問題是故障診斷技術研究過程中迫切需要解決的。生產過程中的某些故障是緩慢的變化產生的，如催化劑的失活和生產過程流體泄漏，在這些故障產生重大影響前必須進行預報。故障檢測殘差只是反映了故障的最終影響，根據(jù)檢測殘差尋找故障根源的辨識過程是一個追根溯源的復雜過程，目前，這個問題仍然是故障診斷的一個難點。 問題的存在是對研究人員的挑戰(zhàn)，也為故障診斷技術的發(fā)展提供了契機，將來的故障診斷技術會在解決問題的過程中得到發(fā)展。故障診斷技術作為一個新興的研究領域，還有很多問題值得探討。需要在以下

19、5個方面進行更為深入的研究。 7 第一章 緒論 (1)故障預報方法的研究。對于某些特定的緩變型故障進行提前預報具有重大意義，這一點值得引起研究人員的關注。目前對此類問題的研究甚少，現(xiàn)有的方法有基于神經(jīng)網(wǎng)絡的方法、Kalman濾波器方法，但仍存在很多缺陷。 (2)故障辨識方法的研究。針對不同系統(tǒng)，有效的故障辨識方法的研究將是故障診斷技術中一個前景廣闊的研究方向。特別對基于數(shù)據(jù)分析的方法而言，故障辨識能力較弱，除了對貢獻圖方法的進一步研究外，尋找一些新方法也是勢在必行。 (3)故障診斷系統(tǒng)的魯棒性研究?，F(xiàn)有的各種方法都不可避免地要面對系統(tǒng)建模15的影響。這些未知因素的存在，將會極大地增加系統(tǒng)的誤誤

20、差、擾動和噪聲報率。將來對各種方法的魯棒性進行比較研究將是一個在應用中較為實際的課題。 (4)故障診斷系統(tǒng)的非線性研究。實際的工業(yè)過程都是非線性的，然而現(xiàn)有的大部分方法都是線性的。當過程的非線性比較顯著時，使用線性模型或者線性的數(shù)據(jù)分析方法將會使得故障診斷系統(tǒng)的檢測靈敏性降低，故障辨識不準確。因此，研究針對過程非線性的故障診斷算法是非常必要的。 (5)大型的實用故障診斷系統(tǒng)的構建。目前，國內成熟的故障診斷系統(tǒng)在實際生產過程中的應用還不多見。對于某些工業(yè)過程，建立一個實際的故障診斷系統(tǒng)，既可以探索故障診斷技術的實踐過程，也可以推動故障診斷技術理論研究的進展 。1.3本章小結 滾動軸承是機械設備中

21、最常見的部件之一，它的運行狀態(tài)直接影響整臺機器的功能據(jù)鋼鐵工業(yè)統(tǒng)計，在旋轉機械中，由于滾動軸承損壞而引起的故障約占30因此，對滾動軸承工作狀態(tài)的監(jiān)視及其故障診斷技術的研究工作越來越受到人們的重視，成為保障旋轉機械良好工作性能的重要保障時一頻分布分析是一個有效的工具，它可以同時表達信號在時域和頻域中的能量和密度，因此它能表達常規(guī)譜不能表達的時間依賴性，因而時一頻分析成為旋轉機械故障診斷的必然發(fā)展方向近年來迅速發(fā)展的非平穩(wěn)信號處理方法，特別是小波理論及其相關技術，提供了正交小波變換和多分辨分析方法，對旋轉機械的運4 動狀態(tài)進行監(jiān)測和故障診斷具有十分重要的意義 8 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文）

22、 第二章 旋轉機械故障診斷方法的研究 2.1 機械故障診斷方法現(xiàn)狀 隨著科學技術的發(fā)展, 故障診斷方法也得到了不斷的發(fā)展, 小波技術、分形理論、混沌理論等技術理論都被用于故障診斷中, 故障診斷方法的多種多樣, 分類方式也多種多樣, 我們可以按信息提取方式和決策的差異把其分為基于解析1。模型分析的方法、信號處理的方法和知識的方法 2.1.1 基于解析模型分析的方法 基于解析模型分析的方法是最早發(fā)展起來的, 是現(xiàn)代控制理論在故障診斷中的應用。這種方法需要建立被診斷對象較為精確的數(shù)學模型?；诮馕瞿Ｐ头治龅姆椒ㄓ挚梢苑譃閰?shù)估計方法和狀態(tài)估計方法。參數(shù)估計方法是根據(jù)設備的機理分析建立系統(tǒng)的模型, 再

23、利用模型的參數(shù)或用模型計算出結構固有的特性或其他特性作為診斷征兆。把所求參數(shù)與標準值比較以確定系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障發(fā)生的程度。狀態(tài)估計方法包括3種基本方法, 即Beard 提出的故障檢測濾波器方法; 由Menra和Peshon提出的基于kalman濾波器的方法及一致性空間的方法。其基本思想是: 首先構造被控過程的狀態(tài), 通過與真實系統(tǒng)的輸出變量比較構成殘差序列, 再構造適當?shù)哪Ｐ? 用統(tǒng)計檢驗法從殘差序列中提取故障特征, 從而實現(xiàn)故障診斷。 2.1.2 基于信號處理的方法 基于信號處理的故障診斷方法不用建立被診斷對象的模型, 但是它是建立在對故障機理的分析和研究的基礎上的?；谛盘柼幚淼姆?/p>

24、法是故障診斷的核14。隨著信號處理技術的不斷發(fā)展基于信號處理的方法不斷豐富心技術之一, 信號處理的方法主要有: 時域特征參數(shù)和波形分析方法; 時差域方法; 時序分1時頻分析方法等等頻域譜分析方法; 幅值域方法; 包絡域方法; ; 析方法. 傳統(tǒng)譜分析 傳統(tǒng)的譜分析方法包括功率譜、倒譜、細化譜、包絡譜、最大熵譜、相關譜、主分量自回歸譜、全息譜、階比譜等等。功率譜分析是將信號從時域變換到頻域進行分析的方法, 但譜分辨率低, 加窗產生泄漏, 方差性能不好。倒譜是檢測復雜譜圖中周期分量的有力工具,應用倒譜可以識別多族的調制邊頻。最大熵譜是把自相關函數(shù)外推至無窮, 然后再作頻域變換而得到的一種信號 9

25、第二章 旋轉機械故障診斷方法的研究 處理方法。最大熵譜頻率分辨率高, 沒有窗函數(shù)的影響, 對于短時間序列的譜分析特別有效。傳統(tǒng)的譜分析一般只適用于平穩(wěn)信號, 對非平穩(wěn)信號的分析有局限性。 時頻分析 常用的時頻分析方法有短時傅立葉變換、WignerVille分布、小波分析、Gabor變換等等。短時傅立葉變換是時頻分析方法的一種, 它的基本思想是在采用傅立葉變換的同時, 在傅立葉變換的基函數(shù)之前乘上一個時間上有限的函數(shù), 傅立葉變換的基函數(shù)起頻限的作用, 所乘的函數(shù)起到時限的作用, 通過時頻雙限,可以對信號進行時頻局部化分析。但短時傅立葉變換所確定的時頻窗口的大小和形狀是固定不變的, 而振動信號的

26、頻率與時間周期成反比, 對于高頻信號, 時間分辨率相對高, 時域窗口相對窄; 對于低頻信號, 時間分辨率相對低,時域窗口應該相對寬。短時傅立葉變換不能滿足信號分析的這一要求。小波分析方法在繼承了短時傅立葉變換的局部化的思想, 巧妙的利用一個尺度參數(shù), 使窗口的寬度隨頻率的增加而減小, 分辨率也隨之變化, 符合了對復雜頻率信號的分析要求。小波分析方法是一種時間一尺度分析法, 具有多分辨率分析的特點。小波分析方法能夠將任何信號到一個由小波伸縮而成的基函數(shù)族上, 信息量完整無缺, 在通頻范圍內得到分布在不同頻道內的分解序列, 在時域和頻域均具有局部化的分析功能。利用小波變換可以對信號進行分解, 檢測

27、信號的奇異性, 區(qū)分信號突變和噪聲。時頻分析方法克服了傳統(tǒng)譜分析方法對非平穩(wěn)信號的局限性, 在對復雜、非平穩(wěn)信號的處理上有很大的2。優(yōu)勢 2.1.3 基于知識處理的方法 專家系統(tǒng)是一種能夠處理知識的智能程序系統(tǒng)。它以專家的知識為基礎, 使計算機能模擬專家的思維方式, 使之成為具有專家水平的、有解決復雜問題的能力。專家系統(tǒng)的處理能力和水平取決于它擁有的知識量與質量。專家系統(tǒng)的核心為知識庫、知識獲取部分、推理機和解釋部分。但專家系統(tǒng)本身面臨著知識獲取的“瓶頸”問題, 知識間上下文敏感問題、不確定性問題和自學習困難的問題, 使其應用受到一定的限制. 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的診斷方法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡是在生物神

28、經(jīng)學研究成果的基礎上提出的, 是對人腦神經(jīng)組 10 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 織結構和行為的模擬。它以神經(jīng)元為信息處理的基本單元, 以神經(jīng)元間的連接弧為信息傳遞通道, 多個神經(jīng)元連接而成的網(wǎng)絡結構. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡和傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)相比, 具有以下特點: (1)知識的分布式存儲。(2)并行處理。(3)自適應性。(4)自學習。人工神經(jīng)網(wǎng)絡在故障診斷中的應用研究包括以下幾個方面: 1) 從預測角度應用神經(jīng)網(wǎng)絡作為動態(tài)預測模型進行故障預測。2)從模式識別角度應用神經(jīng)網(wǎng)絡作為分類器進行故障診斷。3)從知識處理角度建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡的專家系統(tǒng). 基于模糊推理的診斷方法 隨著機械設備的復雜性越高, 機

29、械設備系統(tǒng)的模糊性越強。在進行故障診斷中可以引進模糊數(shù)學這一新的數(shù)學工具, 分析機械設備故障診斷中各個環(huán)節(jié)所遇到的各種模糊信息, 對它們進行科學的處理和分析。利用模糊邏輯診斷大體上可分3種方法: (1) 基于模糊關系和合成算法的診斷, 先建立征兆與故障類型之間的因果關系矩陣, 在建立故障與特征的模糊關系方程, 最后進行模糊診斷。(2)基于模糊知識處理技術的診斷, 先建立故障與征兆的模糊規(guī)則庫, 再進行模糊邏輯推理的診斷過程。(3)基于模糊聚類算法的診斷,模糊聚類可用作間接識別因果關系, 其基本思想是: 以當前的故障征兆群與歷史上各次診斷的征兆情況相對照。看看本次故障與過去已確診的各次故障中哪一

30、次最為相似。我們認為本次故障起因與歷史上相似故障的起因雷同, 因此可以參考歷史經(jīng)驗來認定當前最可能的故障起因, 從而取得較滿意的結論. 基于粗糙集理論的診斷方法 粗糙集理論是波蘭的Pawlak針對G.Frege的邊界線區(qū)域思想提出的。粗糙集理論主要可以解決以下4 種問題: (1)進行信息表中各屬性的重要性評價并尋找主導屬性。(2) 在保證分類質量不變的前提下尋求最小屬性集。(3) 消除信息表中的冗余屬性。(4) 從簡約后的信息表中提取決策規(guī)則. 在機械故障診斷過程中, 由于故障產生的機理不清楚, 故障的表現(xiàn)形式不唯一, 有時是含糊的, 在提取故障特征時也時常有盲目性, 從而導致了實際描述的機器

31、狀態(tài)之間是不分明的, 而這種狀態(tài)正是粗糙集理論研究的對象。在診斷過程中, 描述機器狀態(tài)的特征往往很多, 有些特征是相關的, 有些是獨立的。獨立的特征能提供互補信息, 因而應加以保留; 相關性特征產生冗余信息, 同時會增加計算工作量, 因而需要加以消除?；诖植诩碚摰膶傩约s簡正好 11 第二章 旋轉機械故障診斷方法的研究 為去除這種冗余性特征提供了方便。粗糙集理論目前已經(jīng)在知識與數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、模式識別與分類、故障檢測等方面取得了較成功的應用 2.1.4 機械故障診斷技術的展望 隨著現(xiàn)代數(shù)學、信息科學、計算機技術、電子技術、人工智能技術、網(wǎng)絡技術更加廣泛和深入的應用, 故障診斷技術與當前前沿科學的融

32、合是設備故障診斷技術的發(fā)展方向。當今故障診斷技術的發(fā)展趨勢是傳感器的精密化、多維化、診斷理論診斷模型的多元化, 診斷技術的智能化, 具體來說主要表現(xiàn)在下述幾個方面： 故障診斷的遠程化 將機械設備診斷技術和計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫與決策支持技術相結合的遠程故障診斷技術, 是在大企業(yè)的重要關鍵設備上建立狀態(tài)監(jiān)測點, 采集設備狀態(tài)數(shù)據(jù); 在技術力量較強的科研單位建立診斷中心, 對設備運行進行分析診斷的一種新技術。它主要由現(xiàn)場監(jiān)測診斷、網(wǎng)絡傳輸、遠程診斷中心三部分組成。遠程故障診斷與維修具有較高的總體可靠性、先進性、良好的可擴性和低廉的建設維護成本并且遠程診斷故障診斷技術可以實現(xiàn)資源共享, 避免重復開發(fā)

33、, 加強科研和企業(yè)的交流。 故障診斷方法的融合 隨著新的信號處理技術方法在設備故障診斷領域中的應用, 傳統(tǒng)的基于快速傅立葉變換的機械設備信號分析技術有了新的突破。如小波技術與模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡、分形技術、聚類技術、灰色理論等各種技術以不同的方式相結合, 形成了小波神經(jīng)網(wǎng)絡、分形神經(jīng)網(wǎng)絡、演化神經(jīng)網(wǎng)絡、灰色神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡的結合等等診斷方法。隨著各種理論的發(fā)展, 故障診斷的精確度得到了提高。 與多元傳感器信息的融合 現(xiàn)代化的大生產要求對設備進行全方位、多角度的監(jiān)測與控制, 以便對設備的運行狀態(tài)有全面的了解。我們可以采用多個傳感器同時對設備的各個位置進行監(jiān)測, 然后利用迅速發(fā)展起來的信

34、息融合技術對多傳感器的信息進行融合, 以得到較好的診斷結果。 虛擬儀器與診斷技術的結合 虛擬儀器是現(xiàn)代計算機技術和儀器技術深層次結合的產物, 它是計算機硬 12 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 件資源、儀器與測控系統(tǒng)硬件資源和虛擬儀器軟件資源三者的有效結合。目前各國已經(jīng)開發(fā)了很多的故障診斷設備用于故障診斷中, 與傳統(tǒng)功能儀器相比, 虛擬儀器開發(fā)周期短, 投入少。傳統(tǒng)的故障分析儀分析功能單一, 可移植性和可擴展性差, 不能方便的升級, 但虛擬儀器技術其源代碼可以模塊化, 開發(fā)升級費用低, 系統(tǒng)可靠性好, 可擴展性強。虛擬儀器和診斷技術的結合具有顯著的經(jīng)濟效益, 為故障診斷技術的發(fā)展提供了良好

35、的平臺。 2.1.5 結 論 設備故障診斷不斷吸取現(xiàn)代科學技術發(fā)展的新成果, 從理論到實際應用都有了迅速的發(fā)展, 人們對故障機理、故障信號處理技術、故障診斷的智能化 與遠程化、故障診斷裝置的研究將進入一個新的發(fā)展階段。2.2 時域和頻域分析方法的介紹 2.2.1 時域分析法 在機械故障診斷中，振動信號的是最常用的檢測信號，直接對振動信號時域信號的時間歷程進行分析和評估是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷最簡單和最直接的方法，特別是當信號中喊有簡諧信號、周期信號或短脈沖信號時更為有效。直接觀察時域波形可以看出周期、諧波、脈沖，利用波形分析可直接識別共振和拍頻現(xiàn)象。當然這種分析對比較典型的信號或特別明顯的信號以及

36、較有經(jīng)驗的人員才比較適用。此外，還可利用各種動態(tài)指標進行診斷。 一.基本概念 典型輸入信號 為了便于對系統(tǒng)進行分析、設計和比較，根據(jù)系統(tǒng)常遇到的輸入信號形式，在數(shù)學描述上加以理想化的一些基本輸入函數(shù)，稱為典型輸入信號。 控制系統(tǒng)中常用的典型輸入信號有：單位階躍函數(shù)，單位斜坡（速度）函數(shù)，單位加速度（拋物線）函數(shù)，單位脈沖函數(shù)和正弦函數(shù)。 瞬態(tài)響應 指系統(tǒng)在典型輸入信號作用下，系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)的響應過程，又稱動態(tài)過程或過渡過程。 瞬態(tài)響應可以提供關于系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應速度及阻尼情況等信息。 穩(wěn)態(tài)響應 指系統(tǒng)在典型輸入信號作用下，當時間t趨于無窮時，系統(tǒng)輸出量的表現(xiàn)方式。穩(wěn)態(tài)響應又稱穩(wěn)

37、態(tài)過程。 穩(wěn)態(tài)響應可以提供系統(tǒng)有關穩(wěn)態(tài)誤差的信息。 13 旋轉機械故障診斷方法的研究第二章 時域性能指標二. 通常以系統(tǒng)在單位階躍信號作用下的響應，即單位階躍響應來定義系統(tǒng)的時域性能指標。下面我們主要研究單位階躍響應。穩(wěn)定系統(tǒng)的單位階躍響應具 所示。有衰減振蕩和單調變化兩種類型，如圖2-2-1 控制系統(tǒng)的階躍響應性能指標如下： 所需的時間。指輸出響應第一次達到穩(wěn)態(tài)值的50（1）延遲時間t d 對具有振蕩的系統(tǒng)，指響應從零值第一次上升到穩(wěn) t （2）上升時間 r 上升到穩(wěn)態(tài)值10態(tài)值所需要的時間。對于單調上升的系統(tǒng)，響應由穩(wěn)態(tài)值的 所需的時間。的90峰值第一個出響應超過穩(wěn)態(tài)值而達到）峰值時間t

38、指輸（3p C ) 所需時間。 ( 即max之間誤差達到 和C()t 4）調節(jié)時間（或稱過渡過程時間）指當 C(t)（ s ，并且以后不再超出此范圍所需的最?。┗?的規(guī)定允許范圍（ C()5 時間。系統(tǒng)響應的最大值超過穩(wěn)態(tài)值 5）最大超調量（簡稱超調量） （p 的百分比。即：c?c(?)?axm?10000 p)c(? （6）穩(wěn)態(tài)誤差e 當時間t趨于無窮大時，系統(tǒng)響應的期望值與ss實際值之差，定義為穩(wěn)態(tài)誤差。對于單位反饋系統(tǒng)： e?r(t)?c(?) ss以上性能指標中，上升時間、峰值時間和延遲時間均表征系統(tǒng)響應初始階段的快速性；調節(jié)時間t表示系統(tǒng)過渡過程的持續(xù)時間，從總體上反映了系統(tǒng)s 14

39、 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 的快速性；最大超調量反映了系統(tǒng)動態(tài)過程的平穩(wěn)性；穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)p穩(wěn)態(tài)工作時的控制精度或抗干擾能力，是衡量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)質量的指標。 一般以最大超調量、調節(jié)時間t 和穩(wěn)態(tài)誤差e 這三項指標來sssp評價系統(tǒng)響應的平穩(wěn)性、快速性和穩(wěn)態(tài)精度。 a）（ (b) 穩(wěn)定系統(tǒng)的單位階躍響應曲線 圖2-2-1(a)衰減振蕩的單位階躍響應 (b)單調變化的單位階躍響應 15 第二章 旋轉機械故障診斷方法的研究 2.2.2 頻域分析法 通過求解微分方程分析時域性能是十分有用的，但對于比較復雜的系統(tǒng)這種辦法就比較麻煩。因為微分方程的求解計算工作量將隨著微分方程階數(shù)的增加而增大。另

40、外，當方程已經(jīng)求解而系統(tǒng)的響應不能滿足技術要求時，也不容易確定應該如何調整系統(tǒng)來獲得預期結果。從工程角度來看，希望找出一種方法，使之不必求解微分方程就可以預示出系統(tǒng)的性能。同時，又能指出如何調整系統(tǒng)性能技術指標。頻域分析法具有上述特點。該方法是以輸入信號的頻率為變量，對系統(tǒng)的性能在頻率域內進行研究的一種方法。這種分析法有利于系統(tǒng)設計，能夠估計到影響系統(tǒng)性能的頻率范圍。特別地，當系統(tǒng)中存在難以用數(shù)學模型描述的某些元部件時，可用實驗方法求出系統(tǒng)的頻率特性，從而對系統(tǒng)和元件進行準確而有效的分析。 頻率響應與頻率特性 G(s)。給系統(tǒng)輸入一個正弦信號為 設系統(tǒng)傳遞函數(shù)為 x(t)?Xsint imiX

41、正弦輸入信號的振幅； 式中im? 正弦輸入信號的頻率。 ?x(t)?A()t?()?Xsin 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出量寫成imo比較系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出量和輸入信號的波形時發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)輸出量的頻率與輸入量相x(t)?而保持其振幅 同，但其振幅及相位都與輸入量不同。若改變輸入量 的 iX?)(A)(都及輸出量與輸入量的相位差輸出量與輸入量的振幅比恒定， im?的函數(shù)。 是頻率頻率特性的圖示方法: 系統(tǒng)的頻率特性可分解為實部和虛部，即 ?)jV(?UjG()?() (a) 16 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） ?)(j?e(j)?AG( ）（b和相位關系，即 也可以表示為幅值?)(j)GU 的實部，稱為實頻特性

42、；式中, ?)j)G(V( 的虛部，稱為虛頻特性。 ?)j)G(A(的模，它等于穩(wěn)態(tài)輸出量與輸入量的振幅比，稱為幅頻 特性；?)jG()(相 的幅角，它等于穩(wěn)態(tài)輸出量與輸入量的相位差，稱為 頻特性。 這些頻率特性之間有如下關系：?22? )V?A()?G(j()?U( （c） V?)(?arctg? U)(?)?G(j)? （d） ?)()?cosReG(j)?A(U()? （e） ?)?sin()?A()V(Im)?G(j （f） 因此，系統(tǒng)頻率特性采用下面三種圖示表達形式 ?)jG(是個矢量。按式（c：系統(tǒng)頻率特性 ）和式（1） 幅相頻率特性（尼魁斯特圖）? )(jG?G(j)?值，即可算

43、出相 。給出不同）可以求出幅頻特性（d 與相頻特性 ? )jG(?G(j)?值由零到無窮大時的和 值。這樣就可以在極坐標復平面上畫應 ?)jG(矢量，把各矢端連成曲線即得到系統(tǒng)的極坐標幅相頻率特性曲線, 通常稱它為?時的）通過求出不同 fe尼魁斯特曲線或尼魁斯特圖。當然，也可根據(jù)式（）和式（實頻特性和虛頻特性，來獲得幅相頻率特性曲線。 17 第二章 旋轉機械故障診斷方法的研究 ?)j(? e(j)G(jG)? （g考慮系統(tǒng)任意環(huán)節(jié)的頻率特性表達式） 取它的自然對數(shù)，得到? )j()?lnG(jj)?lnG( h） （? )jlnG(用這是頻率特性模的對數(shù)， 虛部是頻率特性的幅角。上式對數(shù)的實部

44、? )jlnG(?之間關系曲線，稱 種辦法表示的頻率特性包含兩條曲線：一是 與?)(?之間關系曲線，稱為對數(shù)相頻特性。而在實為對數(shù)幅頻特性；一是 與 為底的對10際應用中，往往不是用自然對數(shù)來表達對數(shù)幅頻特性，而是采用以?)G(j 對數(shù)幅頻的表達式可寫為：數(shù)來表示。? )(j()?20lgGL （i） ）表示。在對數(shù)表達式中，（decibel表達式中采用的單位是分貝，以“dB”對數(shù)幅頻特性曲線和對數(shù)相頻特性曲線是畫在半對數(shù)坐標紙上，頻率采用對數(shù)，則采用線性分度。需要注意分度，而幅值（單位：分貝）和角度（單位：度）?lg?的自然數(shù)值。該劃分的頻率軸（橫坐標）上，一般只標注 的是，在以?210?

45、?，則在對數(shù)頻率軸上坐標的特點是：若在橫軸上任意取兩點使其滿足 1?21lg10lg? ?倍，。因此，不論起點如何，只要角頻率變化兩點的距離為 101）表decade，以“dec”（倍頻程在橫軸上線段長均等于一個單位，叫做一個10 倍時，即頻率變化了一個10倍頻程。10示。當頻率變化 ）對數(shù)幅相頻率特性（尼柯爾斯圖）：在所需要的頻率范圍內，以頻率（3?也稱為尼柯對數(shù)幅相頻率特性作為參數(shù)來表示的對數(shù)幅值和相角關系的圖。 Nichols）圖。爾斯（ 2.3 小波變換的介紹 18 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 2.3.1 小波變換概述 5，即對觀測信號故障診斷中的首要問題就是對觀測信號的故障特

46、征提取進行信號處理，從中獲取反映故障信息的特征。由于故障診斷中所遇到的信號絕大多數(shù)都是非平穩(wěn)信號，而特別適用于非平穩(wěn)信號處理的工具就是小波分析(Wavelet Analysis)，所以小波分析在故障診斷中的應用越來越受到人們的青睞。小波分析最初由法國理論物理學家Grossmann和法國數(shù)學家Morlet共同提出的。小波變換的基本思想類似于Fourier變換，小波分析優(yōu)于博立葉之處在于，6，即通過伸縮和平移等運算功能對函數(shù)或它能夠實現(xiàn)時域和頻域的局部分析信號進行多尺度細化分析 (Muhiseale Analysis)，從而可以聚焦到信號的任意7被譽為分析信號的顯微鏡?，F(xiàn)在，小波分析技術在信細節(jié)。

47、因此，小波變換號處理、圖像處理、語音分析、模式識別、量子物理、生物醫(yī)學工程、計算機視覺、故障診斷及眾多非線性科學領域都有廣泛的應用。 2.3.2 小波變換的原理和方法 小波分析理論簡介 小波變換定義： 2g(t)?L的函數(shù)小波變換為對?1/2?(t?b)/?g*x()?aa)dttg(,w(ab) b,gaR?1/2?(t?b)/ax)?a),a?0( 表示卷積；式中， *ba, 小波變換可以解釋為一個相對恒定的頻率分辨力為f/f的濾波器，它有許多8,9。 有用的特性12是信號的線性描述，這對多分量信號的分析是很方便小波變換 線性特性 的。 時域中、頻域中的局部定位 小波變換在時間和頻率上的局

48、部分辨力是通過t，=t=a給定的分析小波的時間間隔和頻率帶寬所決定的：f?a/f?tf?分別為基本小波函數(shù)的時間間隔和頻率帶寬。 ，和? 19 第二章 旋轉機械故障診斷方法的研究 協(xié)變性 如果一個信號g(t)平移時間t。，g(t)一g(tt。)，則被),bW(agW(a,b?t) 轉換成。 0g信號突變的檢測 小波變換最適合于檢測信號及其微商的突變。 頻率和尺度的關系 小波變換的信號分解，在尺度參數(shù)和頻率之間存在一種對應關系。 20 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第三章 旋轉機械故障的應用研究 本章開始研究旋轉機械故障的數(shù)據(jù)處理和波形問題。主要是針對旋轉機械的非平穩(wěn)振動信號提出了一種應用

49、小波函數(shù)的時頻分布分析方法，對故障特征進行提取，并借助Matlab語言編程實現(xiàn)對故障機器信號特征頻率的仿真，與理論公式計算結果基本吻合。 3.1 旋轉機械的檢測參數(shù) 對于一臺機器，有許多物理量可以測量，為了達到故障診斷的目的，我們應該選取一些量來檢測，由于機器的振動情況直接反映了機器運行狀態(tài)的優(yōu)劣，機器的許多故障都以振動形式反映出來，振動為故障診斷提供了重要信息，因13。此振動是故障診斷必須監(jiān)測的參數(shù)之一 監(jiān)測參數(shù)可分為動態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)兩種。 1. 動態(tài)參數(shù) (1)振幅：它表示振動的嚴重程度，可用位移、速度或加速度表示。 (2)振動烈度：近年來國際上已統(tǒng)一使用振動烈度作為描述機器振動狀態(tài)的特

50、征量。 (3)相位：它對于確定旋轉機械的動態(tài)特性、故障特性及轉子的動平衡等具有重要意義。 2. 靜態(tài)參數(shù) (1)軸心位置：指在穩(wěn)定的情況下軸承中心相對于轉軸軸頸中心的位置。在正常情況下，轉軸在油壓、阻尼作用下在一定的位置上浮動。在異常情況下，由于偏心太大，會發(fā)生軸承磨損的故障。 (2)軸向位置：是機器轉子上止推環(huán)相對于止推軸承的位置，當軸向位置過小時，易造成動靜摩擦，產生不良后果。 (3)差脹：指旋轉機械中轉子與靜子之間軸向間隙的變化值。它對機組安全啟動具有十分重要的意義。 (4)對中度：指軸系轉子之間的連接對中程度，它與各軸承之間的相對位置有關，不對中故障是旋轉機械的常見故障之一。 (5)溫

51、度：軸瓦溫度反映軸承運行情況。 (6)潤滑油壓：反映華東軸承油膜的建立情況。 21 第三章 旋轉機械故障的應用研究 3.2 振動信號數(shù)據(jù)采集與分析 本研究采用的系統(tǒng)為旋轉機器振動工況監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，采用工業(yè)控制計算機+A/D卡形式，采集機組的振動、位移、溫度、壓力等信號，通過圖形、數(shù)據(jù)等實時監(jiān)視機組的工況，并能夠進行分析診斷。系統(tǒng)分為4個層次： 第1層次：信號預處理與采集。對傳感器輸入信號進行放大、濾波等處理，并實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉換，以滿足計算機數(shù)字化處理的需要； 第2層次：實時監(jiān)視與狀態(tài)識別。通過第1層次，獲得機組狀態(tài)信息，實時顯示機組振動波形、頻譜、軸心軌跡、棒圖、趨勢等監(jiān)視圖

52、形，并根據(jù)設定的報警門限實時顯示機組運行狀態(tài)。此外，該層次配備有在線信號分析功能，可對信號進行常用的頻域、時域及機組起停分析； 第3層次：在線分析與智能診斷。根據(jù)第2層次得到的機組狀態(tài)信息，利用基于知識和基于行為的診斷方法判斷機組可能存在的故障及其原因、部位和嚴重程度，并實現(xiàn)機組運行狀態(tài)的預報。為診斷方便，本層次也配備有信號分析功 能。系統(tǒng)功能： 可外接位移、速度、加速度等常用振動傳感器； ?可處理交流及直流輸入信號，也可以處理溫度、壓力等工藝信號； ?程控放大，信號硬件積分（通過軟件選擇是否積分）； ?層次式、模塊化，結構靈活，既可作為便攜式系統(tǒng)，也可充當在線 ?監(jiān)視系統(tǒng)； 具有機組起停監(jiān)視

53、能力，穩(wěn)速運行與起停狀態(tài)軟件自動判別并自動 ?切換監(jiān)視方式； 多機組管理能力； ?操作口令保護能力； ?完善的數(shù)據(jù)管理能力，具有“黑匣子”功能，自動記錄并保存機組 ?故障以及異常停機時的振動數(shù)據(jù)； 機組正常運行時按照用戶設定的時間間隔、起停時根據(jù)設定的轉速 ?間隔自動采樣； 豐富的時、頻域分析方法，如波形分析、軸心軌跡分析、相關分析、 ?頻譜分析（譜校正及細化）、趨勢、波形比較、頻譜比較、瀑布圖、 22 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 波德圖等； 分析圖形具有光標，可實現(xiàn)放大； ?顯示基于PC系列計算機，可擴展性高，易于升級； ?軟件采用Microsoft Visual C+語言開發(fā)，在W

54、indows 95/98平臺 ?上運行。 系統(tǒng)特點： 層次式、模塊化，結構靈活，監(jiān)測軟件實現(xiàn)組態(tài)化，可以滿足不同 ?機組的需要； 基于PC系列計算機，可擴展性高，易于升級； ?對等網(wǎng)絡通訊，可靠性高，速度快； ?下面我們研究空壓機運行時出現(xiàn)的故障診斷問題，通過儀器對某空壓機進行檢測，這里可以取2組數(shù)據(jù)，分不同的時間進行檢測，振動測點為10個，轉速測點為1個，非振動測點為10個，進行研究。 圖3-20、3-21、3-22分別是空壓機的時域波形圖、譜波形圖和小波分析圖。 時域波形圖圖3-20 23 第三章 旋轉機械故障的應用研究 頻譜波形 圖3-21 3-22 小波分析圖形圖和135ms從測點的時

55、域波形圖上我們可以看出，波形趨于平穩(wěn)，只是在時間處出現(xiàn)了峰值，有了比較大的波動，但總體波動比較正常，時域波形圖上160ms 可以得出機械并未出現(xiàn)故障。分析頻譜波形圖，頻率譜的能量由開始逐漸的減弱，在減弱的過程中，在 24 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） f=6000HZ處出現(xiàn)了一次峰值，其他點都趨于平穩(wěn)，并未出現(xiàn)叫大的波動。我們由此可以得出，從該頻率譜上的波形來看，機械沒有出現(xiàn)故障。 在小波變換的圖形上，頻率范圍由小到大的波形圖a4-d1，s=d1+d2+d3+d4+a4,由此得出小波波形是有多個不同區(qū)間的頻率譜疊加得到的。小波分析對不同的頻率成分在時域上的分辨是可調的，高頻者小，低頻者大，它能將信號分解成多哥尺度成分，并對于大小不同的尺度成分采用響應的時域和頻域步長，從而能夠不斷聚焦到信號的任意微小細節(jié)。從上圖各個頻率段的波形來看，總體比較相似，都趨于平穩(wěn)。從小波圖形中得出機器并未出現(xiàn)故障。 這里我們從測點1所測得的數(shù)據(jù)來看，結合時-頻域波形圖，可以清楚的看出測點