emd和ica在内燃机振声信号分析中应用地研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复

2、印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要内燃机结构形式复杂，工作过程随机多变，其产生振动噪声信号具有典型的冲击特性，为非稳态时变信号。传统的信号处理方法只能分析信号的统计平均特性，无法全面地揭示信号频率随时间变化的规律；时频分析可以提供信号在时域和频域中的全貌或局部化结果，能在时间和频率轴上同时表述信号联合分布信息，揭示信号中所包含频率分量的时变特性。近年来，伴随信号处理技术的快速发展，时频分析作为非稳态信号处理常用的技术手段，已广泛应用于动力机械振动噪声信号分析领域。本文主要围绕国家高技术研究发展计划(86

3、3计划)子课题“发动机振动噪声控制技术研究”展开。以Hilbert-Huang变换、独立成分分析为理论研究基础，以柴油机为研究对象，开展内燃机振动信号时频分析技术及盲分离技术在噪声源识别中的应用研究，研究分析结果为控制内燃机振动噪声提供了理论基础及技术支持。本文主要开展的工作包括以下几个方面：(1)实验数据的采集：利用LMS数据采集系统采集某型号柴油机不同工况下的振动噪声信号。(2)介绍了Hilbert-Huang变换的基本理论，以及其在非稳态振动噪声信号中的应用。以六缸四冲程水冷柴油机为研究对象，将Hilbert-Huang变换技术应用于内燃机缸盖处振动信号处理中。首先对振动信号进

4、行经验模态分解(EMD)，得到多个不同频率的本征模函数(IMF)，然后分别对各IMF分量进行Hilbert变换，分析信号在时域和频域的联合分布特性，并结合内燃机振动产生机理及对内燃机的先验知识，分析各分量产生的原因，分析结果对内燃机振动控制具有重要意义。(3)研究EMD-ICA技术在内燃机噪声源识别中的应用，通过将经验模态分解后的本征模函数作为独立成分分析方法中的多个虚拟通道，从而解决了对单一采样信号进行源识别的欠定问题。将该思路应用于内燃机辐射噪声的主要噪声源的识别研究，同时利用相关分析与小波时频分析技术实现柴油机噪声源的准确识别。研究结果表明，EMD-ICA联合的噪声源分离识别技

5、术，有效地克服了EMD技术在噪声源识别中的模态混叠问题，降低了ICA技术对单一采样信号进行准确识别的难度。(4)利用LABVIEW和MATLAB语言编写振动噪声信号处理软件。关键词：内燃机振动噪声Hilbert-Huang变换噪声源识别独立成分分析ABSTRACTInternalcombustionenginehasacomplexstructure,andworksrandomlyandchangeably.Thevibrationandnoiseitproducedhastypicalimpactproperties,thustheyareunsteadytime-varying

6、signal.Traditionalsignalanalysismethodscanonlyanalysissignal'sstatisticalaveragecharacteristic,whilethepatternthatsignalfrequencychangeswithtimecannotbefullyrevealed.Time-frequencyanalysiscanprovidepanoramaorlocalizationattributeandintrinsicpropertiesofsignalinbothtimedomainandfrequencydomain,a

7、ndthenfrequencycomponentofthesignalwhichvarieswithtimecanbefound.Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofsignalprocessingtechnology,time-frequencyanalysisiscommonlyusedtodealwithunsteadysignal,especiallyvibrationandnoisesignalinpow