小波分析在变速箱齿轮故障诊断中的应用研究
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摘要
本文应用小波分析方法，针对变速箱齿轮运行过程中的振动信号的特点，研究了基于连续小波变换、小波分析的多分辨分析和小波包分解的变速箱齿轮振动信号的特征向量提取方法，并将这些方法进行比较，得到了有用的结论。应用神经网络理论设计了变速箱齿轮运行状态的分类器。在上述特征向量提取研究和特征向量的识别研究的基础上，用小波包作为信号的特征提取方法和神经网络作为分类器，设计一个变速箱齿轮故障诊断系统并应用于变速箱齿轮的故障诊断。最后，将基于连续小波变换的信号处理方法引入变速箱齿轮的磨损估计。根据信号的连续小波变换的能量谱对尺度的积分值，拟合得到齿轮的磨损过程曲线。以连续小波变换作为变速箱齿轮的磨损特征向量的提取方法、以神经网络作为分类器，设计了变速箱齿轮的磨损估计系统，并应用于变速箱齿轮的磨损状况估计。
Based on the study of wavelet analysis theories and on the analysis of gear transmission vibration,continuous wavelet transform multi-resolution analysis and wavelet packet decomposition are respectively studied and applied in extracting the feature vectors of transmission gear extraction methods,then these three feature extraction methods are compared and useful conclusions yield. Then feature vectors pattern recognition with neural network are studied. Based on the above-mentioned feature extraction methods and pattern recognition method,a gear transmission fault diagnosis system is designed and applied in diagnosing the gear transmission fault. According to the relation between gear wear and its vibration,continuous wavelet transform is introduced to estimate the wear condition,The energy values of continuous wavelet on scale fit a spline which is much like that of the wear course of the gear. With continuous wavelet transform as feature extraction method and neural network as classifier,a transmission ge
ar wear estimation system is designed and applied in estimating the wear condition of the gear.
Based on the study of wavelet analysis theories and on the analysis of gear transmission vibration,continuous wavelet transform multi-resolution analysis and wavelet packet decomposition are respectively studied and applied in extracting the feature vectors of transmission gear extraction methods,then these three feature extraction methods are compared and useful conclusions yield. Then feature vectors pattern recognition with neural network are studied. Based on the above-mentioned feature extraction methods and pattern recognition method,a gear transmission fault diagnosis system is designed and applied in diagnosing the gear transmission fault. According to the relation between gear wear and its vibration,continuous wavelet transform is introduced to estimate the wear condition,The energy values of continuous wavelet on scale fit a spline which is much like that of the wear course of the gear. With continuous wavelet transform as feature extraction method and neural network as classifier,a transmission ge
ar wear estimation system is designed and applied in estimating the wear condition of the gear.
引文
[1] 钟秉林 黄仁 机械故障诊断学 北京：机械工业出版社1998．7
[2] 张贤达 保铮 非平稳信号分析与处理 北京：国防工业出版社1998．9
[3] 王宏禹 非平稳随机信号分析与处理 北京： 国防工业出版社1999．1
[4] 丁玉兰 石来德 机械设备故障诊断技术 上海：上海科学技术文献出版社1994．7
[5] 虞和济 陈长征 张省 等 基于神经网络的智能诊断 北京：冶金工业出版社2000．5
[6] 陈克兴 李川奇 设备状态监测与故障诊断技术 北京：科学技术文献出版社1991．8
[7] 屈梁生 张海军 机械诊断中的几个基本问题 中国机械工程Vol11 2000．2
[8] J．Derek Smith Gear and its vibration London：The Macmillan press Ltd．1985
[9] 庞振基 黄其圣 精密机械设计 北京：机械工业出版社2000．7
[10] 吴业森 罗明廉 随机振动 机械工业出版社1988．5
[11] 陈进 信号处理在机械设备故障诊断中的应用 振动与冲击Vol18 No．1 1999．1
[12] 朱继梅 非稳态振动信号分析 振动与冲击Vol19 No．1 2000．1
[13] 崔锦泰 小波分析导论 西安：西安交通大学出版社1997．1
[14] 马维祯 殷瑞祥 子波分析与子波变换 广州：华南理工大学出版社1996．10
[15] 秦前清 杨宗凯 实用小波分析 西安：西安电子科技大学出版社1998．1
[16] 彭玉华 小波变换与工程应用 北京：科学出版社2000．6
[17] 胡昌华 张军波 基于MATLAB的系统分析与设计——小波分析 西安：西安电子科技大学出版社1999．12
[18] S. Mallat A theory for multi-resolution signal decomposition :the wavelet representation IEEE Transaction on pattern analysis and machine intelligence Vol.11 No.7 1989.7
[19] Jing Lin Feature extraction based on Morlet wavelet and its application for mechanical fault diagnosis Journal of sound and Vibration (2000) 234 (1)
[20] Olivier Rioul Pierre Duhamel Fast algorithms for discrete and continuous wavelet transform IEEE Transactions on information theory Vol.38, No.2 1992.3
[21] 林京 连续小波变换及其在滚动轴承故障诊断中的应用 西安交通大学学报 Vol33 No．11 1999．11
[22] 刘刚 屈梁生 应用连续小波变换提取机械故障的特征 西安交通大学学报Vol．34 No．11 Nov．2000
[23] 耿中行 屈梁生 小波包原理及其在机械故障诊断中的应用信号处理Vol．10 No．4 1994．12
[24] 刘世元 杜润生 杨叔子 小波包改进算法及其在柴油机故障诊断中的应用 内燃机学报Vol18 No．1 2000．1
[25] 张中民 张英堂 基于小波分析的变速箱滚动轴承诊断方法的研究 机械科学与技术Vol．18 No．1 1999．1
[26] 张静远 张冰 基于小波变换的特征提取方法分析信号处理Vol．16 No．2 2000．6
[27] L．A．Zadeh．Fuzzy Sets And Applications．John Wiley & Sons，Inc，1987
[28] 徐科 杨德斌 徐金梧 小波变换在齿轮局部缺陷诊断中的应用机械工程学报Vol35 No．3 1999．6
[29] 羊拯民 朱忠奎 小波包分解和神经网络相结合的变速箱齿轮故障识别农业机械学报Vol32 No．5 2001．10
[30] 郑海波 陈心昭 李远志 朱忠奎 小波神经网络的在故障诊断中的应用与实现农业机械学报Vol33 No．1 2002．1
[31] 杨伦标 高英仪 模糊数学原理与应用 广州：华南理工大学出版社1998．7
[32] J．-S．R．Jang Neuro-fuzzy and Soft computing PRENTICE HALL 1997
[33] 边肇祺 张学工等 模式识别 北京：清华大学出版社2000．1
[34] 羊拯民 朱忠奎 王悦 变速箱齿轮故障的模糊聚类诊断法 拖拉机与农用运输车No．1 2001．1
[35] 楼顺天 施阳 基于MATLAB的系统分析与设计——神经网络 西安：西安电子科技大学出版社1999．4
[36] 周志立 周学建等 人工神经网络及其在车辆工程中的应用拖拉机与农用运输车2000．5
[37] 张成宝 羊拯民等 人工神经网络在汽车变速器齿轮故障诊断中的应用汽车工程Vol．21 No．6 1999．12
[38] 马建仓 吴启彬 小波—神经网络—模糊识别在旋转机械故障诊断中的应用研究机械科学与技术Vol．18 NO．3 1999．3
[39] 程正兴 小波分析算法与应用 西安：西安交通大学出版社1998．5
[40] 杨福生 小波变换的工程分析与应用北京：科学出版社1999．2
[41] 高俊彬 Matlab 5.0程序设计语言 武汉：华中理工大学出版社1999．6
[42] 南京工学院数学教研组积分变换 北京：高等教育出版社1995．4
[43] QC／T 29.63—92汽车机械式变速器总成技术条件 中国汽车工业总公司发布1992．4
[44] 李润方 王建军 齿轮系统动力学——振动、冲击、噪声 北京：科学出版社1997．3
[45] 黄长艺 严普强 机械工程测试技术基础北京：机械工业出版社1995．10
[46] 李杰敏 汽车拖拉机试验学 北京：机械工业出版社1995．5
[47] 常健生 检测与转换技术 机械工业出版社1990．5
[48] 刘迎春 传感器原理 设计与应用 长沙：国防科学技术大学出版社1993．6
[49] S. Mallat Multiresolution approximation and wavelet orthogonal bases of L~2(R) IEEE Trans. Amer. Math Vol38 no.2 1989.1
[50] S. Mallat W.L. Hwang Singularity detection and processing with wavelets IEEE Trans. Inform. Theory Vol38 no.2 1992.3
[51] 肖云魁 汽车故障诊断学北京：北京理工大学出版社2001．7
[2] 张贤达 保铮 非平稳信号分析与处理 北京：国防工业出版社1998．9
[3] 王宏禹 非平稳随机信号分析与处理 北京： 国防工业出版社1999．1
[4] 丁玉兰 石来德 机械设备故障诊断技术 上海：上海科学技术文献出版社1994．7
[5] 虞和济 陈长征 张省 等 基于神经网络的智能诊断 北京：冶金工业出版社2000．5
[6] 陈克兴 李川奇 设备状态监测与故障诊断技术 北京：科学技术文献出版社1991．8
[7] 屈梁生 张海军 机械诊断中的几个基本问题 中国机械工程Vol11 2000．2
[8] J．Derek Smith Gear and its vibration London：The Macmillan press Ltd．1985
[9] 庞振基 黄其圣 精密机械设计 北京：机械工业出版社2000．7
[10] 吴业森 罗明廉 随机振动 机械工业出版社1988．5
[11] 陈进 信号处理在机械设备故障诊断中的应用 振动与冲击Vol18 No．1 1999．1
[12] 朱继梅 非稳态振动信号分析 振动与冲击Vol19 No．1 2000．1
[13] 崔锦泰 小波分析导论 西安：西安交通大学出版社1997．1
[14] 马维祯 殷瑞祥 子波分析与子波变换 广州：华南理工大学出版社1996．10
[15] 秦前清 杨宗凯 实用小波分析 西安：西安电子科技大学出版社1998．1
[16] 彭玉华 小波变换与工程应用 北京：科学出版社2000．6
[17] 胡昌华 张军波 基于MATLAB的系统分析与设计——小波分析 西安：西安电子科技大学出版社1999．12
[18] S. Mallat A theory for multi-resolution signal decomposition :the wavelet representation IEEE Transaction on pattern analysis and machine intelligence Vol.11 No.7 1989.7
[19] Jing Lin Feature extraction based on Morlet wavelet and its application for mechanical fault diagnosis Journal of sound and Vibration (2000) 234 (1)
[20] Olivier Rioul Pierre Duhamel Fast algorithms for discrete and continuous wavelet transform IEEE Transactions on information theory Vol.38, No.2 1992.3
[21] 林京 连续小波变换及其在滚动轴承故障诊断中的应用 西安交通大学学报 Vol33 No．11 1999．11
[22] 刘刚 屈梁生 应用连续小波变换提取机械故障的特征 西安交通大学学报Vol．34 No．11 Nov．2000
[23] 耿中行 屈梁生 小波包原理及其在机械故障诊断中的应用信号处理Vol．10 No．4 1994．12
[24] 刘世元 杜润生 杨叔子 小波包改进算法及其在柴油机故障诊断中的应用 内燃机学报Vol18 No．1 2000．1
[25] 张中民 张英堂 基于小波分析的变速箱滚动轴承诊断方法的研究 机械科学与技术Vol．18 No．1 1999．1
[26] 张静远 张冰 基于小波变换的特征提取方法分析信号处理Vol．16 No．2 2000．6
[27] L．A．Zadeh．Fuzzy Sets And Applications．John Wiley & Sons，Inc，1987
[28] 徐科 杨德斌 徐金梧 小波变换在齿轮局部缺陷诊断中的应用机械工程学报Vol35 No．3 1999．6
[29] 羊拯民 朱忠奎 小波包分解和神经网络相结合的变速箱齿轮故障识别农业机械学报Vol32 No．5 2001．10
[30] 郑海波 陈心昭 李远志 朱忠奎 小波神经网络的在故障诊断中的应用与实现农业机械学报Vol33 No．1 2002．1
[31] 杨伦标 高英仪 模糊数学原理与应用 广州：华南理工大学出版社1998．7
[32] J．-S．R．Jang Neuro-fuzzy and Soft computing PRENTICE HALL 1997
[33] 边肇祺 张学工等 模式识别 北京：清华大学出版社2000．1
[34] 羊拯民 朱忠奎 王悦 变速箱齿轮故障的模糊聚类诊断法 拖拉机与农用运输车No．1 2001．1
[35] 楼顺天 施阳 基于MATLAB的系统分析与设计——神经网络 西安：西安电子科技大学出版社1999．4
[36] 周志立 周学建等 人工神经网络及其在车辆工程中的应用拖拉机与农用运输车2000．5
[37] 张成宝 羊拯民等 人工神经网络在汽车变速器齿轮故障诊断中的应用汽车工程Vol．21 No．6 1999．12
[38] 马建仓 吴启彬 小波—神经网络—模糊识别在旋转机械故障诊断中的应用研究机械科学与技术Vol．18 NO．3 1999．3
[39] 程正兴 小波分析算法与应用 西安：西安交通大学出版社1998．5
[40] 杨福生 小波变换的工程分析与应用北京：科学出版社1999．2
[41] 高俊彬 Matlab 5.0程序设计语言 武汉：华中理工大学出版社1999．6
[42] 南京工学院数学教研组积分变换 北京：高等教育出版社1995．4
[43] QC／T 29.63—92汽车机械式变速器总成技术条件 中国汽车工业总公司发布1992．4
[44] 李润方 王建军 齿轮系统动力学——振动、冲击、噪声 北京：科学出版社1997．3
[45] 黄长艺 严普强 机械工程测试技术基础北京：机械工业出版社1995．10
[46] 李杰敏 汽车拖拉机试验学 北京：机械工业出版社1995．5
[47] 常健生 检测与转换技术 机械工业出版社1990．5
[48] 刘迎春 传感器原理 设计与应用 长沙：国防科学技术大学出版社1993．6
[49] S. Mallat Multiresolution approximation and wavelet orthogonal bases of L~2(R) IEEE Trans. Amer. Math Vol38 no.2 1989.1
[50] S. Mallat W.L. Hwang Singularity detection and processing with wavelets IEEE Trans. Inform. Theory Vol38 no.2 1992.3
[51] 肖云魁 汽车故障诊断学北京：北京理工大学出版社2001．7