第二代小波变换在旋转机械故障诊断中的应用.doc

中图分类号：TH113 O322 论文编号：1028707 08-0040 学科分类号：082304 密 级：公开 硕士学位论文 第二代小波变换在旋转机械故障诊断中的应用研究 研究生姓名 于明月 学科、专业 载运工具运用工程 研究方向 第二代小波在旋转故障诊断中 的应用研究 指导教师 陈 果 副教授 南京航空航天大学 研究生院 民航学院 二ОО八年三月NanJing University of Aeronautics and Astronautics College of Civil Aviation Study and application on the second generation wavelet transform in fault diagnsis of rotating machine A Thesis in Vehicle Operation Engineering by Yu MingYue Advised by Vice Prof. Chen Guo Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering March 2008 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 作者签名： 日 期： ________________ 摘 要 小波分析在时域和频域同时具有良好的局部化特性，因此较Fourier分析具有更大的优越性。目前在旋转机械故障诊断中得到了广泛应用。第2代小波变换继承了传统小波变换的时频局部化特性，所有的运算在时域上进行，小波基函数不再是由某一个函数的平移和伸缩而产生，具有算法结构简单、速度高、占用 内存少等优点。本文利用第2代小波变换，针对旋转机械转子和轴承故障诊断问题，进行了如下研究工作： （1）基于第2代小波变换的转子故障信号降噪处理。传统的小波降噪方法对转子信号进行去噪处理时，转子转速和信号采样频率对小波分解层数的选择具有很大的影响，因此，去噪过程难于自动完成。本文针对该问题，利用第2代小波变换，提出了基于尺度变换的小波自动去噪方法，通过对原始信号按一定方法进行重采样，并与小波软阈值去噪方法相结合，从而实现去噪处理，该方法可以消除转速和采样频率的影响，毋须人为选取小波分解层数，整个去噪过程自动完成。最后，利用转子故障模拟实验台和航空发动机转子实验器采集不平衡、不对中、油膜涡动及碰摩故障数据进行了降噪分析，取得了满意的效果。 （2）基于第2代小波变换的转子故障信号特征提取。针对小波频段能量特征提取受旋转速度和采样频率的变化影响，本文运用尺度变换原理，通过对原始时间信号进行重采样，对重采样后的信号进行第2代小波变换，并统一分解到给定层上，从而获取信号的频带特征。该方法能够消除转子转速和信号采样频率对小波分解频带分布的影响，所提取出的频带能量特征具有统一的物理意义。最后，利用转子故障模拟实验台和航空发动机转子实验器，获取了转子不平衡、不对中、油膜涡动及碰摩4类故障数据，并进行了特征提取，并构造了结构自适应神经网络进行了诊断分析。获得了很高的识别率。 （3）基于第2代小波变换的滚动轴承故障信号分析。分析了滚动轴承故障特征，利用第2代小波变换将滚动轴承故障振动加速度信号分解到不同尺度，提取出共振频带，然后利用Hirbert变换进行解调，再对解调后的信号进行频谱分析得到小波包络谱，从包络谱上获取轴承故障特征信息。本文利用美国Case Western Reserve University电气工程实验室的滚动轴承故障模拟实验台获取的滚动轴承故障数据进行了分析验证，结果表明了方法的有效性。 关键词：旋转机械；故障诊断；降噪；特征提取；小波变换；第二代小波变换；神经网络；转子；滚动轴承。 ABSTRACT Wavelet analysis all has fine localization characteristic property in the time domain and frequency region, therefore it