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基于分形理论的旋转机械故障诊断的应用研究

作　者: 钟建军
导　师: 徐玉秀
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 固体力学
关键词: 分形理论 故障诊断 广义分形维数 故障敏感维数
分类号: TH17
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
下　载: 319次
引　用: 12次
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内容摘要


在现代化生产中，机械设备系统的状态监测和故障诊断问题越来越受到重视，它具有很大的实用价值和经济价值。近几年来，有许多国内外学者对此进行了很多研究，提出了故障诊断的新方法、新技术。传统的时域分析、频域分析和相关函数分析在故障诊断应用中得到了不断的改进，灰色关联度、模糊隶属度、专家系统、小波分析及神经网络等方法在定性分析系统的运动状态中得到广泛的应用，而定量地分析系统的故障状态是学术界一直关注的问题。把分形理论应用于机械系统故障诊断领域，是近年来国内外学术界的新动向。运用分形理论，不仅可以定性，而且可以定量地分析系统的运动状态，从而实现对复杂机械系统的故障诊断。 本文基于分形理论、多重分形理论，通过对各分形维数的计算分析，把广义分形维数作为故障特征量，对旋转机械模型及汽轮发电机组的故障诊断与识别进行了研究。 基于上述原理，建立了最小二乘法的广义维数计算公式，用Borland C++ Builder 5.0编制了以广义维数计算分析为基础的多重分形故障诊断系统，并对标准的正弦信号、余弦信号及带有噪声的正弦信号进行了验证。计算了标准信号的广义分形维数，找出了广义维数序列值随信号的采样时间、噪声变化而变化的特点。 以广义维数为基础，计算和绘制了广义维数及其谱图，从广义维数中可提取盒维数、信息维数、关联维数。并在广义维数序列中，修正了广义维数最大距离法，提出广义维数曲线极大值法，并用其确定系统状态的敏感维数。 对旋转机械模型和汽轮发电机组分别进行了振动测试，获取了振动信号。建立以振动信号的广义维数、广义维数谱图、敏感维数为特征组的模式空间样本库，运用敏感维数法定量地识别各种类型的故障，并收到了良好的诊断结果。又用本文提出的分形诊断的分类方法——广义维数序列单值优化逼近法和广义维数最大相关系数法，对转子模型系统的故障分类、 顷土学位论文 识别及诊断进行了验证．得到较准确的结果。并将此方法应用于汽轮发电 机组中的复杂故障的诊断、识别及分类，都收到了良好的结果。 运用广义维数最大相关系数法，广义维数序列单值优化逼近方法，不 仅能对系统状态的单一故障进行诊断、识别及其分类，而且还能对复杂系 统状态的耦合故障进行诊断、识别及分类，这是本文将多重分形原理应用 于机械设备诊断工程中的新的探索，也是优化逼近等数学方法在故障诊断 中的新的应用。

全文目录


1 绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 机械设备故障诊断方法概述  12-15
    1.2.1 机械设备故障识别理论方法  12-15
  1.3 机械设备故障诊断技术的发展及研究现状  15-16
    1.3.1 国外的研究状况  15-16
    1.3.2 国内的研究水平  16
  1.4 分形理论发展及应用概述  16-18
  1.5 本文主要内容  18-19
2 分形理论  19-31
  2.1 基本原理及概念  19-21
    2.1.1 分形的定义和性质  19-21
    2.1.2 分形空间  21
  2.2 分形维数及其测量方法  21-28
    2.2.1 长度测量及其维数的一种定义  21-23
    2.2.2 分形维数概述及其估计  23-28
  2.3 多重分形  28-30
    2.3.1 多重分形理论  28-30
  本章小结  30-31
3 振动信号的分维算法研究  31-45
  3.1 振动信号的多重分形的广义维数分析  31-36
    3.1.1 广义维数计算方法  32-34
    3.1.2 信号(集合)离散化  34
    3.1.3 ε网格划分采样区间  34-35
    3.1.4 求D_q的方法  35
    3.1.5 振动信号的网格维数计算  35-36
  3.2 振动信号的网格维数分析方法  36
  3.3 振动信号的敏感维数提取  36-37
  3.4 振动信号的分形诊断分类原理  37-38
    3.4.1 维数相关性判断法  37-38
    3.4.2 广义维数序列单值优化逼近判断法  38
  3.5 振动信号的广义分形维数诊断方法  38-39
  3.6 多重分形故障诊断系统  39-44
    3.6.1 多重分形诊断系统计算分析框图  40
    3.6.2 多重分形诊断系统简介  40-43
    3.6.3 多重分形故障诊断系统特点  43-44
  本章小结  44-45
4 分形维数诊断实例  45-55
  4.1 正弦波和余弦波的网格维数计算  45-47
    4.1.1 正弦波的网格维数  45-46
    4.1.2 余弦波的网格维数  46-47
  4.2 正弦波的广义维数与采样长度的关系  47-51
  4.3 带噪声正弦波信号的广义维数计算分析  51-54
  本章小结  54-55
5 旋转机械模型故障的分维诊断研究  55-69
  5.1 旋转机械模型的故障类型  55-56
    5.1.1 实验模型简介  55
    5.1.2 旋转机械模型的故障测试  55-56
  5.2 分形维数的计算比较与分析  56-60
  5.3 确定各分形维数及敏感维数  60-61
  5.4 各工况功率谱及维数分析  61-63
  5.5 待检信号(单一故障)的分形维数诊断分析  63-64
  5.6 待检信号(复杂故障)的分形维数诊断分析  64-66
  5.7 耦合故障的分形维数诊断分析  66-68
  本章小结  68-69
6 汽轮发电机组故障的分维诊断应用研究  69-83
  6.1 汽轮发电机组的故障  69-73
    6.1.1 发电机概述  69-71
      6.1.1.1 发电机的结构及功能  69-70
      6.1.1.2 发电机故障概述  70-71
    6.1.2 汽轮机概述  71-72
      6.1.2.1 汽轮机组的振动危害  71-72
      6.1.2.2 汽轮机故障概述  72
    6.1.3 现场振动测试  72-73
  6.2 汽轮发电机组故障诊断方法概述  73-74
  6.3 振动故障智能诊断方法的改进  74-76
  6.4 汽轮发电机组故障诊断的分形方法  76-82
    6.4.1 测试数据及分形维数分析  76-80
    6.4.2 广义维数相关系数及广义维数序列单值优化逼近分析  80-82
  本章小结  82-83
7 结论  83-85
附录1  85-89
附录2  89-94
附录3  94-99
参考文献  99-103
致谢  103-104
本人在攻读学位期间发表的论文  104

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械运行与维修
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