谐波小波包及神经网络视角下旋转机械障碍诊查体系研究

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1、谐波小波包及神经网络视角下旋转机械障碍诊查体系研究第1章绪论1.1研究大型旋转机械故障诊断技术的意义随着现代经济和技术的不断发展，机械设备的生产效率越来越高，机构的复杂度、各部分之间的耦合度和自动化程度越来越高，承载能力也越来越来大，但伴随而来的是设备可靠性的下降，故障维修费用的增加和单位时间内所造成的损失的加大[1-3]。大型旋转机械，如汽轮机、风机、透平机、压缩机、回转窑和大型发动机等，是电力、冶金、水泥、化工和船舶等国家经济支柱行业的关键设备，这些设备的特点是功率高、转速高、质量和体积大、结构复杂等，因此在设计、制造

2、、安装、运行等各个环节稍有不当，就会造成设备在运行时发生种种故障，且这些设备一般价格特别昂贵，体积庞大，大多没有备件，一旦发生故障，不能及时维修或更换，会造成整个机组的停机，给企业和国家造成严重的经济损失[4-5]。例如，1985年山西省大同某电厂2号机组的一个联轴器突然发生断裂，造成机组长时间无法工作，严重影响华北及西北大部分地区的供电，直接经济损失达亿元，给社会造成的损失更是难以估量；1998年国内某钢厂一台大功率高炉鼓风机数级叶片折断，致使该高炉停产，直接经济损失数千万元。国内类似的事故在1985年到2000年间发生

3、了10多起，给国家造成了巨大的经济损失。国外，1972年日本关西电力公司某电厂600Morlet经过深入地研究，提出了小波变换的概念。小波变换优于傅立叶变换的方面是它可以对信号时域和频域两方面同时进行良好的局部化分析，且可以对信号进行任意细化，故被称为数学显微镜[10-11]，也正因为此，小波变换在最近几年被广泛地应用于信号处理。小波变换也有其自身的缺点，即随着分解层数的增加，只对低频段进行细化，对于高频段分析依旧比较粗糙。小波包分析方法，能够实现高、低频段的同时细化，可以对任意感兴趣的频段进行精细分析[12]。但是不论是

4、小波分析还是小波包分析，均采用隔二抽取采样的方法，故一般称他们为二进小波分析和二进小波包分析，由于这个原因，它们会随着分解层数的增加，采样频率和采样点数都会减半，故会丢失信号的部分细节信息；另一缺点是小波基函数种类繁多，不同的小波基函数适用的信号类型也不同，它们的时频特性也不尽相同，对于同一振动信号，采用不同的小波基函数进行分析，结果可能相差很大，故小波基函数的选择也是一个很棘手的问题。谐波小波的概念是由剑桥大学的D.E.Nean神经网络结构及其算法.................40-424.3旋转机械故障智能诊断系统

5、总体设计.................42-484.3.1登录模块.................42-434.3.2信号分析模.................43-454.3.3诊断模块.................45-464.3.4数据管理模块.................464.3.5辅助功能模块.................46-484.4LabSQL简介及其配置.................48-504.4.1LabSQL简介.................484.4.2配置LabSQ

6、L.................48-504.5本章小结.................50-52第5章转子典型故障的实验分析.................52-645.1转子实验系统简介.................52-535.2转子典型故障的模拟实验过程.................53-605.3旋转机械故障智能诊断系统性能.................60-635.4本章小结.................63-64结论本文主要做了以下工作：(1)对转子的四种典型故障做了深入的分析，包括故

7、障的产生原因、危害及振动特征等，重点讨论了各种故障对应的振动信号的特征及其它们之间的区别，为后面信号特征提取和神经网络识别方法的研究做了理论铺垫。(2)对传统的信号分析方法如傅立叶变换、小波分析等做了研究，着重对比了它们之间的优缺点，然后提出了谐波小波包用于旋转机械故障特征提取的方法，通过举例说明了谐波小波包方法在微弱信号、局部突变信号和近频信号等非平稳信号特征提取中的优势。(3)在收敛速度、学习稳定性、记忆能力和识别率等方面对Elman神经网络和BP神经网络进行了对比分析，突出了Elman神经网络的优势，然后提出了将El

8、man神经网络和谐波小波包信号分析方法相结合用于旋转机械故障诊断的思想。(4)采用现在国际流行的图形化编程语言LabVIEALTLAB相结合的方法，很好地完成了基于谐波小波包和Elman神经网络的旋转机械故障诊断系统软件的开发。最后通过在ZT-3多功能转子模拟试验台上对四种典型的转子故障进行了模拟，采集