本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的自動跟蹤濾波器的開發(fā)與應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在石油化工、航空航天以及電力冶金等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。為避免旋轉(zhuǎn)機(jī)械突發(fā)故障給上述行業(yè)帶來災(zāi)難性事故和巨大損失,對旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)中的振動信號進(jìn)行故障診斷與預(yù)警是行業(yè)中最常用也是最為行之有效的手段。目前已有成果表明,對旋轉(zhuǎn)機(jī)械處于平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的振動信號采集處理分析日益完善,而對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過程中非平穩(wěn)信號尚缺乏完善的分析方法。故障診斷中對于此過程采集到的信號質(zhì)量普遍低下,可利用度不高,這將嚴(yán)重影響故障診斷系統(tǒng)在事故頻發(fā)的啟停車階段做出快速而準(zhǔn)確的診斷及預(yù)警。為了確保故障診斷系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車階段也能獲得較高質(zhì)量的振動信號,就需要開發(fā)一種能夠動態(tài)處理啟停車過程所采集信號的濾波器。針對上述存在的問題,本文提出了一種基于FPGA的跟蹤旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)頻的濾波器來實(shí)時(shí)處理所采集到的振動信號。這種濾波器實(shí)現(xiàn)了對旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停車過程信號的實(shí)時(shí)處理,并且根據(jù)對現(xiàn)有濾波器結(jié)構(gòu)的調(diào)整配合啟停車過程信號連續(xù)變化的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了無擾切換濾除后的信號,最大限度的保留了啟停車過程中振動信號的有效信息。本文主要研究內(nèi)容有：1、首先介紹了大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的相關(guān)知識,指出了當(dāng)前信號采集系統(tǒng)在啟停車階段的不足。2、分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體需求,提出了整體設(shè)計(jì)框架。3、介紹了整個(gè)數(shù)采板卡硬件設(shè)計(jì)的過程,著重介紹了鍵相測量電路和振動電路的設(shè)計(jì),同時(shí)也指出了一些關(guān)鍵部件的選型。通過測試,驗(yàn)證了硬件設(shè)計(jì)的有效性。4、對測得轉(zhuǎn)速脈沖實(shí)時(shí)修正,利用一階數(shù)值微分五點(diǎn)插值法對轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。利用FPGA實(shí)現(xiàn)此種方法計(jì)算量較小,能有效提高運(yùn)算速度和精度,能滿足后續(xù)根據(jù)轉(zhuǎn)頻濾波的實(shí)時(shí)性。開發(fā)了基于嵌入式軟核Nios Ⅱ的濾波器參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算模塊,該模塊能夠根據(jù)估計(jì)出的轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)計(jì)算出濾波器所需的濾波參數(shù)。設(shè)計(jì)開發(fā)了具有可變參數(shù)的實(shí)時(shí)濾波器模塊。該模塊能夠根據(jù)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)改變參數(shù),并利用狀態(tài)機(jī)控制輸出信號,對實(shí)時(shí)處理過的信號進(jìn)行無擾切換。5、最后,將所有開發(fā)的模塊整合,組成一個(gè)可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)頻濾波的系統(tǒng)且經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該濾波器的可行性與有效性。
【關(guān)鍵詞】：現(xiàn)場可編程邏輯門陣列 濾波器 故障診斷 旋轉(zhuǎn)機(jī)械
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH17;TN713
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 研究背景與意義14-15
• 1.2 濾波器概述15-16
• 1.2.1 濾波技術(shù)的發(fā)展與分類15-16
• 1.2.2 數(shù)字濾波器的原理16
• 1.3 自動跟蹤濾波器的研究背景、目的及意義16-17
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4.1 基于FPGA的系數(shù)可調(diào)FIR濾波器設(shè)計(jì)17-18
• 1.4.2 基于FPGA的可調(diào)系數(shù)FIR濾波系統(tǒng)的設(shè)計(jì)18
• 1.4.3 基于MAX268的自動跟蹤濾波器的研究與應(yīng)用18
• 1.4.4 動態(tài)系數(shù)FIR濾波器的FPGA研究18-19
• 1.4 本文主要工作及研究內(nèi)容19-20
• 第二章 自動跟蹤濾波器系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)20-30
• 2.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障參量的分析20-21
• 2.2 可配置自動跟蹤濾波器的數(shù)采卡整體方案設(shè)計(jì)21-23
• 2.3 基于FPGA的自動跟蹤濾波器總體設(shè)計(jì)23-29
• 2.3.1 FPGA的簡要介紹23-25
• 2.3.2 Nios Ⅱ概要25-27
• 2.3.3 ModelSim概要27
• 2.3.4 自動跟蹤濾波器的總體設(shè)計(jì)27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)30-40
• 3.1 鍵相信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)30-32
• 3.2 振動信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)32-34
• 3.3 核心器件選型34-35
• 3.4 板卡測試35-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第四章 自動跟蹤濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)40-62
• 4.1 轉(zhuǎn)速測量模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與仿真40-46
• 4.1.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械鍵相的獲取方式40-41
• 4.1.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速計(jì)算公式推導(dǎo)41-44
• 4.1.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊的實(shí)現(xiàn)44-46
• 4.2 核心濾波模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與仿真46-56
• 4.2.1 FIR濾波器及其相關(guān)知識概要47-50
• 4.2.2 核心濾波器設(shè)計(jì)及仿真50-56
• 4.3 基于Nios Ⅱ的濾波器系數(shù)計(jì)算模塊的實(shí)現(xiàn)與仿真56-60
• 4.3.1 窗函數(shù)設(shè)計(jì)法56-57
• 4.3.2 產(chǎn)生系數(shù)的Nios Ⅱ系統(tǒng)搭建57-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 自動跟蹤濾波器系統(tǒng)的測試驗(yàn)證62-68
• 5.1 分離模塊的整合62-63
• 5.2 實(shí)測運(yùn)行63-66
• 5.3 本章小結(jié)66-68
• 第六章 總結(jié)與展望68-70
• 6.1 本文總結(jié)68
• 6.2 未來工作展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-76
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76-78
• 作者及導(dǎo)師介紹78-79
• 附件79-80

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的自動跟蹤濾波器的開發(fā)與應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：254663