基于混沌理论的轨道车辆轴承故障识别

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1、国内图书分类号：TN911.7密级：公开国际图书分类号：629西南交通大学研究生学位论文基于混沌理论的轨道车辆轴承故障识别年级二一五级姓名刘彬申请学位级别工学硕士专业车辆工程指导老师戴焕云研究员二零一八年五月ClassifiedIndex:TN911.7U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisIDENTIFICATIONOFBEARINGFAULTSINRAILVEHICLESBASEDONCHAOSTHEORYGrade:2015Candidate:LiuBiNAcademicDegreeAp

2、pliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:VehicleEngineeringSupervisor:Prof.DaiHuanyunMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要铁路是我国重要的交通工具，在线路运行过程中，当机械设备发生故障时，应及时地发现并发出预警，对故障设备进行维修或更换，避免造成严重的安全事故和经济损失。然而故障发生初期，其故障信号十分微弱，传统的信号处理方法无法检测出微弱故障信号。本文基于混沌理论，设计Duffing振子检测系统，以滚动轴承故障为例，实现对微弱信号的检测。首先，研究Holmes型D

3、uffing振子的特性。混沌系统对参数十分敏感，将系统调成临界状态，可使得系统对同频同相的微弱信号敏感。通过研究噪声对混沌系统的影响，发现Duffing振子对高斯白噪声具有很强的抗干扰能力。同时发现了系统的间歇混沌现象以及检测系统存在相位盲区。其次，结合实际信号的特点，对Duffing振子进行改进。对Duffing方程进行时间尺度上的变换，实现对任意频率的微弱信号检测，并且提高了检测效率。提出利用逆相变原理进行信号检测，这种方法能更准确地判断系统是否发生了相变，提高检测的准确度。提出了采用移相法来消除检测相位盲区，该方法增大了检测范围，提高了检测效率。建立了改进后

4、的Duffing振子检测系统仿真模型，仿真实验表明，该检测系统能够有效地检测出微弱信号，对噪声以及其他频率的信号都具有免疫力。最后，将检测系统应用与滚动轴承的故障信号检测。分别对滚动轴承的外圈、内圈、滚动体故障信号进行检测。检测结果表明改进后的Duffing振子检测系统能后有效地检测出故障信号。关键词：Duffing振子；混沌理论；微弱信号检测；李雅普诺夫指数；相轨迹；滚动轴承故障西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractTherailwayisanimportantmeansoftransportationinChina.Whenmechanical

5、equipmentfails,itshouldpromptlydiscoverthefaultandissueanearlywarningandrepairorreplacethefaultyequipmenttoavoidserioussafetyaccidentsandeconomiclosses.However,attheinitialstageofthefault,thefaultsignalisveryweak,andthetraditionalsignalprocessingmethodcannotdetecttheweakfaultsignal.Th

6、ispaperdesignstheDuffingoscillatordetectionsystembasedonchaostheory.Thefaultdetectionofrollingbearingsistakenasanexampletorealizethedetectionofweaksignals.First,westudythecharacteristicsoftheHolmes-Duffingoscillator.Thechaoticsystemisverysensitivetoparameters,andthesystemisturnedintoa

7、criticalstate,whichmakesthesystemsensitivetoweaksignalswiththesamefrequencyinphase.Bystudyingtheinfluenceofnoiseonthechaoticsystem,itisfoundthattheDuffingoscillatorhasstronganti-interferenceabilitytoGaussianwhitenoise.Atthesametime,theintermittentchaosphenomenonofthesystemandthephaseb

8、linda