柴油机论文：基于多源信息融合的柴油机故障诊断研究

柴油机论文：基于多源信息融合的柴油机故障诊断研究

柴油机论文：基于多源信息融合的柴油机故障诊断研究

【中文摘要】柴油机作为工农业生产中的一种十分重要的动力机械，维护其良好的工作性能具有深远意义。但由于柴油机结构本身的复杂性，故障的多样性，其所在工作环境的恶劣性等多方面原因，导致柴油机故障诊断的漏报率、误报率偏高，诊断结果不精确等诸多现实问题。本文首先介绍了柴油机故障诊断的国内外研究现状及典型方法，以及将多源信息融合技术应用到柴油机故障诊断中的必要性。同时对柴油机结构及故障机理进行深入分析，并详细介绍了信息融合的几种方法，得出信息融合应用于故障诊断的可行性，最终利用振动信号和瞬时转速信号的柴油机故障诊断，使得故障诊断效率和结果更接近实际应用水平。在理论分析的基础上，设置了漏油、断油、供油角变化、滤清器堵塞等常见故障，采集并提取了振动信号和瞬时转速信号的特征值。通过多种特征值比较，最后使用了振动信号的小波包能量谱以及转速信号时域曲线的峰谷值差值作为故障诊断的特征值。通过对多个测点的结果进行融合，能明显提高故障诊断的准确度；利用瞬时转速信号在对单缸故障的准确定位的优势，将单缸故障的结果二维化，减小了系统输出信息的同时精确了诊断结果。该诊断系统具有结构简单，计算量小的特点，可以实现现场的在线诊断。同时提出复杂系统故障诊断先定性再定位的诊断思想。

【英文摘要】Astheindustrialandagriculturalproduction，Thedieselengineisthemostimportantpowermachinery,

maintainingisofprofoundsignificancetoitsgoodworkingperformance.However,asthestructurecomplexity,diversityoffault,andpoorworkenvironmentofthedieselengineandotherreasons,ledtothefaultdiagnosisofdieselengine,therateoferrormissingreportedandmisdiagnosisandmanyotherpracticalproblems.Tobeginwith,thispaperintroducestheresearchstatusoffaultdiagnosisondieselengineandtypicalmethodsinbothdomesticandoverseas.Andthenecessityofmulti-sourceinformationfusiontechnologyappliedtodieselenginefaultdiagnosis.Andalsoresearchdeeplyintodieselenginestructureandfailuremechanism,introducessomedetailsofinformationfusionmethods,obtainedthefeasibilityonapplicationofinformationfusioninfaultdiagnosis.Finally,itmakethedecisionlevelfusionofenginefaultdiagnosisbyusingvibrationsignalandinstantaneousspeedsignalWiththebasistheoreticalanalysis,wesetupsomecommonerrorsuchasoilspilled,oilinterrupted,oilsupplyangle,filterblockage,e.g.collectionandextractthecharacteristicvalueofthevibrationsignalandtheinstantaneousspeedsignal.Throughmultiplecharacteristicvaluecomparison,atlast，usingavibrationsignalwaveletpacketenergyspectrumandarotatingspeedsignaltimedomain

curveofpeakvalleydifferenceasthecharacteristicvalueoffaultdiagnosisTheaccuracyoffaultdiagnosiswillhaveasignificantlyimprovedbycombinedtheresultsofeachmeasuringpoint.Withadvantageofinstantaneousspeedsignalsinthesingle-cylinderfaultaccuratepositioningandshowthesingle-cylinderfaultresultsinatwo-dimensional

way.Diagnosissystemhastheadvantagesofsimplestructure,smallamountofcalculation,andiseasytorealizetheonlinediagnosis.Andalsobringusanideathatweshouldqualitationatfirstandthenpositionwhenmakingdiagnosisforcomplexsystem.

【关键词】柴油机故障诊断信息融合瞬时转速小波包能量谱【英文关键词】DieselEngineFaultDiagnosisMulti-InformationFusioninstantaneousspeedWaveletPacketEnergySpectrum

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【目录】基于多源信息融合的柴油机故障诊断研究4-51010-1111-13

Abstract5-6

1绪论10-23

摘要

1.1前言

1.2课题背景10-131.2.1柴油机故障诊断的意义

1.2.2柴油机故障诊断的国内外研究现状1.3柴油机故障诊断技术

13-17

13-18

1.3.1柴油机

故障诊断的常用方法

1.3.3柴油机故障诊断的发展趋

势17-181.4多源信息融合故障诊断技术18-21

1.4.2信息融合的典型方法

1.4.1

特点及现状18-1919-20

1.4.3多传感器信息融合技术的不足201.4.4

多传感器信息融合技术的展望20-21内容21-2223-34

1.6本章小结22-23

1.5本论文研究的主要2多源信息融合技术

2.2多源信息

2.1多源信息融合的基本原理23

2.3经典D-S证据理论

融合的层次23-2424-3124-2626-27

2.3.1经典D-S证据理论的基本概念2.3.2经典D-S证据理论合成法则2.3.3基本可信度分配函数的构造27-29

2.3.5决策的基本过程及算例分析

2.5RBF神经网络结33-34

3柴油机的

2.3.4

决策规则2929-31

2.4人工神经网络31-32

2.6本章小结

构与学习算法32-33故障机理研究34-4634-38

3.1柴油机的结构及系统

3.2柴油

3.1.2柴油机工作的运动分析36-38

机典型故障模式和故障特征38-39式38

3.2.2柴油机故障的特征

3.2.1柴油机典型故障模38-39

3.3柴油机振动

特性分析39-4139-40

3.3.1柴油机振动的激振源

3.3.3振动力

3.3.2柴油机振动信号的特性40

3.4柴油机瞬时转速信号研究

传播途径40-4141-44计算41-43

3.4.1瞬时转速信号采集413.4.2瞬时转速的

3.4.3基于瞬时转速波形分析的诊断方法

43-443.5柴油机故障诊断中的不确定性44-45

4柴油机故障诊断实验46-6946-47

4.1.1实验系统的主要工作

3.64.1系

本章小结45-46统建立要求及目标46

4.1.2系统的结构原理46-474.2柴油机工作状态

信号的检测47-504750-51

4.2.1实验系统的工作原理

4.3实验的具体设置4.3.2振动信号采样频

4.4柴油机状态信

4.2.2实验测点的布置47-504.3.1故障工况设置50

4.3.3实验步骤50-51

率的选择50

号特征值的提取51-6151-5353-5555-58

4.4.1振动信号的时域频域特性分析

4.4.2基于时域频域分析法的特征值提取4.4.3基于小波包能量谱的特征值提取4.4.4实验测点的对比优选

58-61

4.5基于小

波分析的瞬时转速信号特征提取61-68处理61-64章小结68-69诊断69-85

4.5.1瞬时转速信号

4.6本

4.5.2瞬时转速信号的分析64-68

5基于神经网络和D-S理论融合的柴油机故障5.1振动信号的故障诊断70-77

5.1.1特

征值的归一化70-7272-77

5.1.2各个典型测点的故障诊断结果

5.2.1经

5.2D-S证据理论的信息融合77-80

5.2.2加权D-S证据理论

80-8283-85

典D-S证据理论77-7878-80

5.3瞬时转速的故障诊断5.4瞬时转速总结与展望

引入诊断结果82-8385-86

5.5本章小结

参考文献86-90攻读硕士学位期间发表的论文

90-91致谢91

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柴油机作为工农业生产中的一种十分重要的动力机械，维护其良好的工作性能具有深远意义。但由于柴油机结构本身的复杂性，故障的多样性，其所在工作环境的恶劣性等多方面原因，导致柴油机故障诊断的漏报率、误报率偏高，诊断结果不精确等诸多现实问题。本文首先介绍了柴油机故障诊断的国内外研究现状及典型方法，以及将多源信息融合技术应用到柴油机故障诊断中的必要性。同时对柴油机结构及故障机理进行深入分析，并详细介绍了信息融合的几种方法，得出信息融合应用于故障诊断的可行性，最终利用振动信号和瞬时转速信号的柴油机故障诊断，使得故障诊断效率和结果更接近实际应用水平。在理论分析的基础上，设置了漏油、断油、供油角变化、滤清器堵塞等常见故障，采集并提取了振动信号和瞬时转速信号的特征值。通过多种特征值比较，最后使用了振动信号的小波包能量谱以及转速信号时域曲线的峰谷值差值作为故障诊断的特征值。通过对多个测点的结果进行融合，能明显提高故障诊断的准确度；利用瞬时转速信号在对单缸故障的准确定位的优势，将单缸故障的结果二维化，减小了系统输出信息的同时精确了诊断结果。该诊断系统具有结构简单，计算量小的特点，可以实现现场的在线诊断。同时提出复杂系统故障诊断先定性再定位的诊断思想。

Astheindustrialandagriculturalproduction，Thedieselengineisthemostimportantpowermachinery,maintainingisofprofoundsignificancetoitsgoodworkingperformance.However,asthestructurecomplexity,diversityoffault,andpoorworkenvironmentofthedieselengineandotherreasons,ledtothefaultdiagnosisofdieselengine,therateoferrormissingreportedandmisdiagnosisandmanyotherpracticalproblems.Tobeginwith,thispaperintroducestheresearchstatusoffaultdiagnosisondieselengineandtypicalmethodsinbothdomesticandoverseas.Andthenecessityofmulti-sourceinformationfusiontechnologyappliedtodieselenginefaultdiagnosis.Andalsoresearchdeeplyintodieselenginestructureandfailuremechanism,introducessomedetailsofinformationfusionmethods,obtainedthefeasibilityonapplicationofinformationfusioninfaultdiagnosis.Finally,itmakethedecisionlevelfusionofenginefaultdiagnosisbyusingvibrationsignalandinstantaneousspeedsignalWiththebasistheoreticalanalysis,wesetupsomecommonerrorsuchasoilspilled,oilinterrupted,oilsupplyangle,filterblockage,e.g.collectionandextractthecharacteristicvalueofthevibrationsignalandtheinstantaneousspeedsignal.Throughmultiplecharacteristicvaluecomparison,atlast，usingavibrationsignalwaveletpacketenergyspectrumandarotatingspeedsignaltimedomaincurveofpeakvalleydifferenceasthecharacteristicvalueoffaultdiagnosisTheaccuracyoffaultdiagnosiswillhaveasignificantlyimprovedbycombinedtheresultsofeachmeasuringpoint.Withadvantageofinstantaneousspeedsignalsinthesingle-cylinderfaultaccuratepositioningandshowthesingle-cylinderfaultresultsinatwo-dimensionalway.Diagnosissystemhastheadvantagesofsimplestructure,smallamountofcalculation,andiseasytorealizetheonlinediagnosis.Andalsobringusanideathatweshouldequalizationatfirstandthenpositionwhenmakingdiagnosisforcomplexsystem.

【关键词】柴油机故障诊断信息融合瞬时转速小波包能量谱

【英文关键词】DieselEngineFaultDiagnosisMulti-InformationFusioninstantaneousspeedWaveletPacketEnergySpectrum

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