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基于数字锁相放大器的主减速器微弱故障信号检测研究
| 论文题名： | 基于数字锁相放大器的主减速器微弱故障信号检测研究 |
| 关键词： | 主减速器;微弱信号检测;数字锁相放大器;互相关理论;现场可编程逻辑门阵列 |
| 摘要： | 主减速器作为动力传动系统中降低转速、增大扭矩的关键部位，能精准地传递运动与动力。但是，主减速器在高转速大扭矩的环境下工作时，容易发生故障，且不易检测。无论是人为操作失误、设备老化或是生产加工问题等，主减速器长期在如此环境下运行都将无法避免地出现故障。主减速器在工程实际中经常运行在强噪声环境中，振动源复杂，故障特征信号尤其微弱。主减速器早期故障往往难以进行有效地诊断，缺乏行之有效的检测手段。现有的检测手段存在抗噪性能弱，检测精度低以及检测稳定性不足的缺陷。因此，主减速器微弱故障信号的检测与识别对主减速器的故障诊断技术的研究和进步具有重大的意义。本文以主减速器关键旋转部件为研究对象，开展基于积分平均型数字锁相放大（IntegralAverageDigitalLocked-inAmplification，IADLIA）算法的主减速器微弱故障信号检测方法的理论研究和试验分析，结合数字锁相放大算法和故障信号检测，发挥数字锁相放大算法在微弱信号检测中的优势，扩展其到微弱冲击信号检测的应用中，研究一种高效稳定的主减速器故障微弱信号检测方法。本文的主要研究工作如下： （1）系统讨论了主减速器故障诊断方法和基于锁相放大算法的微弱信号检测研究现状，并从本课题研究对象出发，分析了数字锁相放大算法在强噪声环境下主减速器故障微弱信号检测的优劣势；针对传统数字锁相放大算法结构和应用上存在的缺陷，提出了一种积分平均型数字锁相放大算法，为课题所关注的微弱单频信号和微弱故障信号检测提供了研究思路。 （2）全面分析了全数字锁相放大算法的理论依据和现存缺陷，针对现存缺陷提出了对应的解决方案，并设计了针对主减速器故障微弱信号的检测系统。 （3）讨论了积分平均型数字锁相放大算法的微弱信号检测理论，分析了所提方法在多元影响因素作用下的微弱信号检测精度和输出稳定性，并讨论了数字锁相放大算法从单频信号检测扩展到微弱冲击信号的检测过程。 （4）搭建了基于现场可编程逻辑门阵列（FieldProgrammableGateArray，FPGA）的硬件实现平台和多频信号检测硬件系统，深入研究了所提方法的FPGA实现原理和过程，给出了所提信号检测算法的硬件实现方法，实现了FPGA的冲击特征信号在线检测，并通过半物理仿真试验验证了硬件系统的有效性。 （5）采用两个主减速器关键部件的典型故障试验案例验证所提算法。试验结果表明，本文所做研究工作能够有效地实现故障微弱信号的检测，同时，对比传统数字锁相放大算法，所提方法更能适用于强噪声背景下的主减速器故障微弱信号的检测。 |
| 作者： | 陈信达 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 魏民祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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