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基于EMD和混沌分析的转子振动故障特征提取与诊断

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第1章 绪 论

1.1 转子故障诊断的意义和目的

1.2 转子故障特征提取与诊断技术综述

1.3 本文主要的研究内容

第2章 转子振动故障分析与采集

2.1 转子振动故障机理和信号特性分析

2.2 转子振动信号采集系统

2.3 本章总结

第3章 基于EMD三频段重构的特征分析

3.2 基于EMD的特征提取分析

3.3 相对能量与能量熵表征转子振动特征的可行性分析

3.4 本章总结

第4章 基于混沌数值特征的转子振动信号分析

4.1 时间序列的相空间重构

4.2 关联维的计算

4.3 最大Lyapunov指数计算

4.4 故障信号的混沌数值特征分析

4.5 本章总结

第5章 基于EMD和SVM的三频混合特征提取与故障

诊断方法

5.1 分类器的构建

5.2 实验分析

5.3 本章总结

第6章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 主要创新点

6.3 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢

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摘要

随着科技的发展,旋转机械不断朝着大型化、高速化和自动化的方向发展。这些发展在提高生产效率的同时,对设备的安全运行也提出了更严格的要求。对旋转设备的故障,尤其是对转子振动故障进行诊断,对保证旋转设备的安全和经济运行有着重要意义。本文研究基于EMD和混沌分析的转子振动故障特征提取与诊断方法,提出了三频段重构方法和混合特征提取模型,并对一些关键问题的解决进行了深入研究。
  首先针对常见的转子质量不平衡、转子不对中、油膜涡动、动静碰摩四种非线性振动故障,以故障机理为基础,对不同振动故障进行理论分析,得出各故障在时域、频域等方面的特征,明确了振动故障的表现形式,为后续的故障判断提供了参考依据。然后,以EMD信号分解方法为基础,重构三频段信号分量,分析提取高中低频相对能量与能量熵作为故障特征的可行性,指出了该特征提取方法对于转子不对中和动静碰摩故障诊断的不足。通过对故障信号高频分量混沌数值特征分析,得出了高频分量的关联维和最大Lyapunov指数作为特征在区分不对中和碰摩故障中的可行性。随后,通过实验台采集转子信号样本,并提取样本的三频段相对能量、能量熵和高频段混沌数值特征形成特征向量。最后,利用支持向量机方法作为分类理论,并采用决策导向无环图方案构建多分类器,对采集样本进行训练和诊断,分析实验结果得出该诊断方案的优越性。

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