盲源分离方法及其在旋转机械故障诊断中的应用研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目盲源分离方法及其在旋转机械故障诊断中的应用研究作者姓名王晓燕学位类别工程硕士指导教师孟宗教授2015年5月-I-中图分类号：TN911.6,TH17学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工程硕士学位论文（应用研究型）盲源分离方法及其在旋转机械故障诊断中的应用研究硕士研究生：王晓燕导师：孟宗教授副导师：翁德海高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：仪器仪表工程所属学院：电气工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学-II-ADissertationinInstrumentandM

2、eterEngineeringRESEARCHONBLINDSOURCESEPARATIONANDITSAPPLICATIONINROTAINGMACHINERYFAULTDIAGNSISbyWangXiaoyanSupervisor:ProfessorMengZongYanshanUniversityMay,2015-III-燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《盲源分离方法及其在旋转机械故障诊断中的应用研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表

3、或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《盲源分离方法及其在旋转机械故障诊断中的应用研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全

4、部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-IV-摘要摘要旋转机械是生产中的关键设备，广泛应用在冶金、电力、石化、航空航天等领域，一旦旋转机械出现故障，会造成生产停工，带来巨大的经济损失，严重时甚至发生机械事故，导致人员伤亡，所以对旋转机械进行状态监测和故障诊断是必不可少的。随着工业化、信息化、经济全球化地迅速发展，旋转机械设备故障诊断技术也在不断地进步。在实际应用中，旋转机械振动信号都是非平稳的，并且常常面临着各种干扰或故障相互耦合的状况，如何有效地从传

5、感器采集到的观测信号中提取出所期望的故障特征信息，是制约旋转机械故障诊断的瓶颈，而盲源分离就可以从观测信号中恢复出振源信号，进而提取机械源的故障特征，实现故障诊断。盲源分离是近年来迅速发展的一种新的信号识别方法。本文以旋转机械振动信号为研究对象，以盲源分离为研究方法，系统地研究了传统的盲源分离方法在机械故障诊断领域中的不足，提出了三种在不同应用条件下的改进算法，并应用于实际的旋转机械复合故障的诊断中。首先，针对传统盲源分离方法无法直接分离具有相关性的源信号的情况，提出了一种基于Gabor变换的去相关盲分离方法。仿真结果表明，该算法很好地解决了传统盲源分离方

6、法不可以直接分离具有相关性的源信号的难题。其次，针对传统的机械故障盲源分离方法仅限于非高斯、平稳的源信号，以及观测信号数目不少于源信号数目等缺陷，提出了一种融合小波变换和时频分析的单通道盲分离方法。通过仿真，验证了该方法的可行性。并将所提出的方法应用到滚动轴承混合故障的分离中，成功识别出轴承的内外圈故障。最后，盲源分离的方法包括瞬时盲源分离和卷积盲源分离，瞬时盲源分离是卷积盲源分离研究的基础，但是实际的机械故障中，由于信号传递过程中存在着散射、衍射等原因，使得信号混合的方式更加接近于卷积混合，因此，研究卷积盲源分离问题是必不可少的，本文提出了一种基于频域的

7、盲解卷积分离方法。将信号在时域的卷积混合转化成为频域的线性瞬时混合，仿真与实验验证了该方法在机械故障诊断中的有效性。-V-燕山大学工程硕士学位论文关键词：旋转机械；故障诊断；盲源分离；Gabor变换；时频分析；卷积混合-VI-AbstractAbstractRotatingmachineryplayanimportantroleintheproduction,whichiswidelyusedinthepetroleum,chemical,metallurgy,electricpower,aerospace,andotherengineeringfield

8、s.Therefore,oncetherotatingmachin