本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的振動(dòng)分析儀設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 旋轉(zhuǎn)機(jī)械 振動(dòng)分析 FPGA Hilbert-Huang變換

【摘要】：日常生活中任何旋轉(zhuǎn)設(shè)備在運(yùn)行中都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),通常情況下振動(dòng)是有害的,會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞甚至引起嚴(yán)重事故。振動(dòng)信號(hào)作為故障特征的載體,其中包含了豐富的機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)信息,因此,振動(dòng)信號(hào)的準(zhǔn)確分析與處理對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、質(zhì)量評(píng)估和故障診斷具有非常重要的意義。設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)通常都是非線性、非平穩(wěn)類信號(hào),傳統(tǒng)分析方法對(duì)它的分析能力具有非常大的局限。黃鍔等人于1998年提出的Hilbert-Huang變換以其在處理非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)方面的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)脫穎而出,十幾年來(lái),已被應(yīng)用到海洋數(shù)據(jù)、地震信號(hào)和設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與診斷領(lǐng)域。FPGA技術(shù)在數(shù)字信號(hào)方面具有強(qiáng)大的處理和計(jì)算能力,憑借其內(nèi)部高速的并行機(jī)制以及豐富的邏輯資源,能夠完成諸如FFT、HHT這樣的高級(jí)算法的硬件實(shí)現(xiàn),完成對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行高速、高效和實(shí)時(shí)的分析與處理。鑒于此,本文以FPGA技術(shù)為信號(hào)處理平臺(tái),重點(diǎn)研究了以Hilbert-Huang變換為核心算法的振動(dòng)分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究了目前流行的各種振動(dòng)分析方法的利弊,深入研究了Hilbert-Huang變換的基本原理;深刻理解經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的流程,為每一步的實(shí)現(xiàn)選取合適的算法;領(lǐng)悟Hilbert變換的本質(zhì),研究其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法。(2)研究了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求,綜合考慮了設(shè)計(jì)過(guò)程中算法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算量、采集過(guò)程中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量以及傳到過(guò)程中的數(shù)據(jù)傳輸量,合理的進(jìn)行芯片選型、引腳與資源的分配、組件選取和任務(wù)分配。(3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以三次樣條插值法為核心的包絡(luò)線擬合方法、以多項(xiàng)式擬合為核心的端點(diǎn)效應(yīng)抑制方法,很好的實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解;深刻理解Hilbert變換的工程本質(zhì),以分布式算法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)Hilbert濾波器,同時(shí)利用FIR濾波器的線性相位特性和分割查找表的方法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。(4)利用不同的仿真信號(hào)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證,與MATLAB仿真結(jié)果進(jìn)行類比,表明了設(shè)計(jì)的正確性和有效性。最后,將設(shè)計(jì)應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)電機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè),通過(guò)分析相應(yīng)的圖譜,對(duì)電機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行診斷。
【關(guān)鍵詞】：旋轉(zhuǎn)機(jī)械 振動(dòng)分析 FPGA Hilbert-Huang變換
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH825
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1.緒論10-14
• 1.1 選題背景及意義10
• 1.2 研究綜述10-13
• 1.2.1 Hilbert-Huang變換的提出及其應(yīng)用10-11
• 1.2.2 FPGA的發(fā)展與優(yōu)勢(shì)11-13
• 1.3 論文的主要工作13-14
• 2.振動(dòng)分析方法14-25
• 2.1 傳統(tǒng)分析方法14-16
• 2.1.1 時(shí)域分析法14-15
• 2.1.2 傅立葉變換法15-16
• 2.2 現(xiàn)代分析方法16-18
• 2.2.1 小波變換法16-17
• 2.2.2 盲源分離法17-18
• 2.3 Hilbert-Huang變換法18-23
• 2.3.1 瞬時(shí)頻率18-19
• 2.3.2 固有模態(tài)函數(shù)19-20
• 2.3.3 邊界問題20-21
• 2.3.4 停止準(zhǔn)則21-22
• 2.3.5 Hilbert譜和Hilbert邊際譜22-23
• 2.4 FPGA技術(shù)在振動(dòng)分析領(lǐng)域的應(yīng)用23-25
• 3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)25-36
• 3.1 FPGA核心電路設(shè)計(jì)25-26
• 3.2 電源電路設(shè)計(jì)26-27
• 3.3 USB接口電路設(shè)計(jì)27
• 3.4 網(wǎng)絡(luò)接口電路設(shè)計(jì)27-29
• 3.5 串口電路設(shè)計(jì)29
• 3.6 AD擴(kuò)展板電路設(shè)計(jì)29-31
• 3.7 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)31-33
• 3.7.1 SDRAM存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)31
• 3.7.2 SD卡存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)31-32
• 3.7.3 串行FLASH電路的設(shè)計(jì)32-33
• 3.8 硬件PCB設(shè)計(jì)33-34
• 3.9 設(shè)計(jì)總結(jié)34-36
• 4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)36-47
• 4.1 基于Nios II軟核處理器的SOPC設(shè)計(jì)36-38
• 4.2 用戶外設(shè)邏輯的設(shè)計(jì)38-39
• 4.3 AD7765控制模塊的設(shè)計(jì)39-41
• 4.4 DM9000A網(wǎng)口控制模塊的設(shè)計(jì)41-42
• 4.5 SD卡控制模塊的設(shè)計(jì)42-43
• 4.6 程控濾波器與程控放大器控制模塊設(shè)計(jì)43-44
• 4.7 菊花鏈控制程序設(shè)計(jì)44
• 4.8 NiosⅡ控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)44-47
• 5.Hilbert-Huang變換的實(shí)現(xiàn)47-70
• 5.1 EMD方法的原理與實(shí)現(xiàn)47-54
• 5.1.1 EMD方法的原理47-49
• 5.1.2 三次樣條插值法的實(shí)現(xiàn)49-51
• 5.1.3 最小二乘法擬合多項(xiàng)式的實(shí)現(xiàn)51-53
• 5.1.4 系統(tǒng)函數(shù)分析53-54
• 5.2 Hilbert變換基礎(chǔ)54-57
• 5.2.1 Hilbert變換的原理54-55
• 5.2.2 FIR濾波器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)55-56
• 5.2.3 分布式算法原理56-57
• 5.3 Hilbert濾波器的實(shí)現(xiàn)57-70
• 5.3.1 濾波器的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)57-60
• 5.3.2 Hilbert濾波器設(shè)計(jì)的優(yōu)化60-64
• 5.3.3 輸入處理模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)64-65
• 5.3.4 預(yù)相減模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)65-66
• 5.3.5 乘累加模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)66-67
• 5.3.6 控制模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)67-68
• 5.3.7 系統(tǒng)頂層模塊的驗(yàn)證68-70
• 6.系統(tǒng)的仿真與測(cè)試70-80
• 6.1 簡(jiǎn)單疊加信號(hào)的Hilbert-Huang變換70-72
• 6.2 復(fù)合信號(hào)的Hilbert-Huang變換72-75
• 6.3 電機(jī)振動(dòng)信號(hào)的Hilbert-Huang變換75-80
• 7. 總結(jié)與展望80-82
• 參考文獻(xiàn)82-85
• 致謝85-86
• 附錄A 系統(tǒng)的工程圖86-87
• 作者簡(jiǎn)介87-88

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 白仁明;;基于發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的便攜式振動(dòng)分析儀[J];電子設(shè)計(jì)應(yīng)用;2009年10期

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3 汪家銘;微型振動(dòng)分析儀[J];汽輪機(jī)技術(shù);1993年06期

4 汪家銘;;微型振動(dòng)分析儀及其應(yīng)用[J];川化;1994年04期

5 汪家銘;微型振動(dòng)分析儀及其在機(jī)器診斷中的應(yīng)用[J];風(fēng)機(jī)技術(shù);1994年04期

6 李相彬;智能化振動(dòng)分析儀[J];機(jī)械與電子;1994年02期

7 ;實(shí)時(shí)雙通道振動(dòng)分析儀[J];吉林電力技術(shù);1995年02期

8 唐盈;吳斌;;一種軸承振動(dòng)分析儀的改進(jìn)方法[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2013年13期

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3 樊鏖;基于DSP的振動(dòng)分析儀的研制[D];電子科技大學(xué);2004年

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本文編號(hào)：768820