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基于二元树复小波变换的振动信号特征提取

作　者: 吴桂远
导　师: 李衍杰；马国强
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 二元树复小波变换特征提取滚动轴承故障诊断振动信号
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着现代旋转机械设备应用的增加,机械设备的关键零部件的维护和检测成为故障诊断的重要组成。滚动轴承作为旋转机械的一个重要部分,使用极为频繁,为易损部件。所以对轴承的振动信号的分析处理,在故障的诊断中有着十分重要的意义。在轴承的振动信号故障诊断中,故障的特征提取对故障诊断有着重要的作用。有效的提取所需要的特征信号有助于准确地分析故障原因和故障缺陷程度。本文基于二元树复小波变换(DTCWT)的新方法对轴承不同故障的特征频率进行提取,提出了用DTCWT分解信号实验结果来分析故障状态趋势的新方式。本文首先介绍了与DTCWT相关联的快速傅立叶变换(FFT)和离散小波变换(DWT)的基本理论部分。然后研究DTCWT在频率抗混叠效应和平移不变性两个性质方面与FFT和DWT的比较优势。根据设计的DTCWT滤波器组和选定的参数,在仿真阶段,采用仿真信号来提取所需的特征信号并与DWT所得的结果做比较,表明了DTCWT在一维信号处理上的实用性。最后采用实验所测振动数据,应用DTCWT对轴承的内圈故障、外圈故障和滚珠故障三种类型的故障信号进行故障特征频率提取。实验结果表明,DTCWT能够有效的提取低频段的特征信号;根据DTCWT分解信号的实验数据,还得到了三种故障状态的趋势分布图。这都说明了DTCWT在故障振动信号分析中是很好的处理工具,为后期的故障诊断状态识别提供了良好的依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 课题的来源及研究的目的和意义  8-9
  1.2 故障诊断与特征提取的现状  9-11
  1.3 本文的主要研究内容  11-12
第2章振动信号的处理方法  12-27
  2.1 快速傅立叶变换  12-15
  2.2 小波变换  15-18
  2.3 二元树复小波变换基本原理  18-22
    2.3.1 完整重构条件  19-20
    2.3.2 Hilbert 变换  20-22
  2.4 二元树复小波变换性质  22-26
    2.4.1 平移不变性（shift-invariance）  22-24
    2.4.2 混叠效应（aliasing effects）  24-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章滤波器设计和信号仿真  27-35
  3.1 滤波器设计  27-30
    3.1.1 奇偶滤波器组  27-28
    3.1.2 Q-shift 滤波器组  28-30
  3.2 二元树复小波变换信号仿真  30-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章滚动轴承故障特征提取  35-62
  4.1 滚动轴承的结构及特征频率  35-36
  4.2 旋转机械滚动轴承故障机理  36-39
    4.2.1 滚动轴承故障原因  36-37
    4.2.2 故障轴承的振动信号特征  37-39
  4.3 二元树复小波变换实验  39-61
    4.3.1 实验系统的组成  39-41
    4.3.2 时域分析  41-44
    4.3.3 频域分析  44
    4.3.4 二元树复小波变换分析  44-58
    4.3.5 趋势分析  58-61
  4.4 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-68
致谢  68

基于二元树复小波变换的振动信号特征提取

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