MATLAB在_机械故障诊断_教学中的应用研究
Matlab技术在故障诊断中的应用案例解析
Matlab技术在故障诊断中的应用案例解析引言：故障诊断在各个领域中扮演着重要的角色，帮助我们识别并解决各种问题。
而Matlab作为一种强大的数学计算软件，其在故障诊断领域有着广泛的应用。
本文将通过几个实际案例来解析Matlab技术在故障诊断中的应用。
1. 案例一：汽车排放故障诊断在汽车行业中，排放故障是一种常见的问题。
排放故障会导致汽车尾气超标，对环境产生负面影响。
通过Matlab技术，可以对排放系统进行实时监测，并通过传感器获取的数据进行分析。
例如，使用Matlab的信号处理工具箱，可以对氧传感器输出信号进行滤波和幅度判别，从而判断氧传感器是否正常工作。
通过这种方式，我们可以实时监测汽车排放系统的状态，并及时发现并解决潜在的故障。
2. 案例二：航空发动机故障诊断航空发动机是飞机的核心部件，其故障可能导致严重的安全问题。
在航空领域，Matlab技术被广泛应用于航空发动机故障诊断。
例如，通过编写Matlab代码，可以对航空发动机的振动数据进行分析。
振动数据中的异常频率和振幅可以帮助我们诊断出潜在的故障。
此外，Matlab还可以用于建立航空发动机的故障预测模型，通过对大量历史数据的分析，预测发动机未来的健康状态，并及时采取维修措施，避免发生严重的故障。
3. 案例三：电力系统故障诊断电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施，其故障可能导致供电中断和设备损坏。
在电力系统领域，Matlab技术被广泛用于故障诊断。
例如，Matlab可以用于电力系统的稳定性分析，通过分析系统的潮流数据和电压数据，可以发现系统中的潜在故障点，并进行修复。
此外，Matlab还可以用于建立电力系统的故障预测模型，通过对历史数据的分析，预测未来可能出现的故障，并采取相应的措施进行预防。
4. 案例四：机械设备故障诊断在工业生产中，机械设备的故障会导致停产和损失。
通过Matlab技术，我们可以对机械设备的振动数据进行分析，以判断设备是否出现故障。
浅论MATLAB在机械课程设计中的应用方法和技巧
浅论MATLAB在机械课程设计中的应用方法和技巧MATLAB软件具有强大的计算、绘图及仿真功能，把它应用于工科机械课程设计中，不但可以激发学生的学习兴趣，培养学生独立思考问题的能力，还能真正让学生掌握一些现代化的设计手段。
MATLAB软件简单易学、方便快捷，希望它能在职业院校中也真正地广泛开展起来，促进现代高职教育的教学思想和教学模式的改革创新。
论文通过MATLAB在减速箱传动轴设计中的应用实例，探讨了MATLAB在机械课程设计中的应用方法和技巧，对运用计算机辅助软件完成工科机械课程设计具有较好的参考价值。
关键词：机械设计MATLAB 应用0 引言目前，工科类的高职院校在完成机械制图、工程力学、机械设计等专业课程后，为了加强学生对基础理论课程的深入理解, 综合检测学生的学习情况，总要安排1~2周的课程设计[1]。
而在课程设计中所进行的课题大多是围绕传动系统中轴的结构及强度设计展开，由于时间短，工作量大，使得学生产生畏惧感、厌倦感，东拼西凑、东抄西抄，应付了事，失去了搞课程设计的真正意义。
近年来，计算机技术的迅速发展及其在机械设计中的广泛应用，使得机械设计越来越方便、快捷。
针对高职教育的特点，笔者认为在机械课程设计中应该尽可能多的利用计算机进行辅助设计，一是让学生掌握现代化的设计理念，适应新形式下的职业需求；二是通过引入相对较容易上手的软件，引起学生的兴趣，让学生自主地去学习[2] [3]。
经过详细的比较研究，笔者选择了功能全面且界面友好、人机交互的软件——MATLAB[4]。
1 MATLAB软件的特点MATLAB是“矩阵实验室（Matrix Laboratory）”的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，是专门针对科学和工程中计算和绘图的需求而开发的一种科学计算软件。
与其它计算机语言相比，其特点是使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，并且很容易由用户自行扩展。
2 应用研究机械课程设计中的轴类零件大部分受空间力系作用，发生弯扭组合变形，而解决弯扭组合变形的轴强度设计问题对高职学生来说，相对复杂，其原因是计算量和作图量都极大。
Matlab在故障诊断中的应用
Matlab在故障诊断中的应用故障诊断在各个领域中起着重要的作用，能够有效地提前发现和解决问题，保证设备和系统的正常运行。
在过去的几十年中，随着电子技术和计算机技术的发展，故障诊断也逐渐实现了自动化和智能化。
其中，Matlab作为一种强大的数学计算软件，在故障诊断中发挥了重要的作用。
首先，Matlab具有丰富的数学计算和数据分析功能，使其成为了故障诊断的理想工具。
无论是在机械设备还是电子系统的故障诊断中，数据分析都是不可或缺的一环。
Matlab提供了各种各样的函数和工具箱，可以对数据进行处理、分析和可视化。
通过Matlab，我们可以对故障数据进行频域分析、时域分析、小波分析等，从而找出故障发生的原因和位置。
例如，当我们遇到电机运行不稳定的问题时，可以通过Matlab对电机的振动信号进行频谱分析，从中找出异常频率，进而定位问题所在。
其次，Matlab还可以利用人工智能算法来进行故障诊断。
人工智能在故障诊断领域中的应用越来越广泛，尤其是在复杂系统的故障诊断中。
Matlab提供了多种机器学习和深度学习算法的实现，能够根据给定的数据进行模式识别和分类。
通过训练数据集，我们可以构建故障模型，将未知数据与模型进行匹配，从而判断其是否存在故障。
例如，在工业设备的故障诊断中，我们可以通过使用Matlab中的神经网络算法，建立一个基于设备感知数据的故障识别模型，从而提高设备的可靠性和安全性。
此外，Matlab还可以结合图像处理技术进行故障诊断。
在许多领域中，比如医学影像、无损检测等，图像处理在故障诊断中的应用非常广泛。
Matlab提供了一系列函数和工具箱，能够对图像进行各种操作和分析。
通过图像处理技术，我们可以提取出图像中的特征和信息，用于故障的诊断和分析。
例如，在医学影像中，通过Matlab的图像处理工具，我们可以检测和诊断出疾病的存在和位置，提供医生准确的诊断结果。
另外，Matlab还可以与其他工具和设备进行集成，进一步提高故障诊断的效率和准确性。
MATLAB在机械工程专业试验教学中的应用
度， 以及节 省绘 图时间 ， 提高 了 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ在机械
工程专业实验教学中的使用范围。下面将举例说 明 ＭＡ Ｌ Ｂ在 机械工 程领 域 中的应用 。 ＴＡ
例： 已知 闭环 函数为
真和分析的强大功能也不容小觑 。它能降低科研 或产品开发成本 ，就经济性而言它的价值是不言
解 得 Ｘ １ ｅ ０ ６ ２ ０ ７ ０５ １— ．０ ４ － ． ＋ ０ ＂ ． ５ — ． ４ ０５ １ ０ ０ ０
ｆ ａ＝一５０ ６ ＋０１ ｖｌ ．４２ ｅ ７
由于系统 存在 干扰 ，其稳 定性 需要 用 稳态 误
差 的 大小来 衡量
例： 已知单位反馈控制系统的闭环 函数 ：
２ １ 年第 ９期 ０１ （ 总第 ２ ２期） ４
农业装 备 与车辆 工程
Ａ ＲＣ Ｌ Ｕ ＡＬＥ Ｕ Ｐ Ｅ Ｔ＆ Ｖ Ｈ Ｃ Ｅ Ｅ Ｇ Ｎ Ｅ Ｉ Ｇ Ｇ ＩＵ Ｔ Ｒ Ｑ ＩＭ Ｎ Ｅ Ｉ Ｌ Ｎ Ｉ Ｅ ＲＮ
Ｎｏ９ Ｏｌ ． ２ ｌ
（ ｏ ｌ ４ ） Ｔ ｔ ｌ ２ ２ ａｙ
边平 面 ， 系统 稳定 。
求系统的开环传递 函数 ，
＞＞ ｙ ｓ ｍ
Hale Waihona Puke Ｇ ｓｍｄ （５ ＋０ ）ｓ ＋ ＇＋ １ｓ １０ ＝ｙ ｉ ０ｓ １０／＾ ２ｓ ５ ＋ ０） ｖ（ （３ ２ ．
１ （ｏ ｓ １０／ ＾＋ ２ ５ ＋ ０ ）； －５ ＋ ０ ）ｓ ２ ＋ １ｓ １０ （３ ） Ｇ ＝ ｉ ｐｉ （ ） ｏ ｓ ｌｙＧ ｍ ｆ
ｔａｈｎ ｅｈｎｃ ｎ ｎ ｅ ｎ ｘ ｅ ｍ ｎ． ｅｃ ｉｇｏ ｍ ｃａ ｉ ｅ ｇ ｅｒ ｇｅｐ ｒ ｅ ｔ ｆ ｌ ａ ｉ ｉ ｉ
MATLAB软件在机械优化设计中的应用研究
MATLAB软件在机械优化设计中的应用研究MATLAB软件在机械优化设计中的应用研究随着科技的发展和人们对产品质量和性能要求的不断提高，机械优化设计成为了一个重要的领域。
机械优化设计的目的是通过优化设计参数，使得产品在满足各项要求的前提下，实现最佳性能与效益的平衡。
MATLAB软件作为一种非常强大的数学软件工具，广泛应用于科学计算、数据分析和工程设计中。
它提供了丰富的数学函数、工具箱以及编程环境，可以有效地进行机械优化设计的研究。
在机械优化设计中，常常需要通过分析和建立数学模型来描述设计问题，并使用优化算法来搜索最优解。
MATLAB软件提供了丰富的函数库和工具箱，可以方便地进行数学建模和优化算法的实现。
首先，MATLAB软件具有强大的数学函数库，能够实现各类数学运算和分析。
例如，对于机械结构的强度分析，可以使用MATLAB中的线性代数和优化函数库进行计算。
通过矩阵运算和优化算法，可以方便地求解最大应力、最小变形等设计目标。
此外，MATLAB还提供了信号处理、图像处理和优化工具箱，可以应用于机械优化设计中的各个环节。
其次，MATLAB软件具备编程环境，能够自定义算法进行机械优化设计。
在进行机械优化设计时，往往需要通过迭代搜索来求解最优解。
MATLAB的编程环境可以方便地实现自定义的优化算法。
用户可以根据设计需求，编写相应的代码进行优化设计。
MATLAB还支持并行计算和集群计算，可以大幅提高计算效率，加速机械优化设计的过程。
此外，MATLAB软件还具有友好的图形界面，可以直观地展示和分析优化设计结果。
通过绘制曲线、图表和动画等可视化方式，设计者可以直观地了解到优化设计的效果和性能变化。
这对于进行设计方案的比较和选择、参数调整以及优化策略的优化具有重要意义。
在实际的机械优化设计中，MATLAB软件已经被广泛应用。
例如，在机械结构的轻量化设计中，可以通过MATLAB进行拓扑优化和材料优化，实现结构的最优设计。
基于 matlab 的机械故障诊断技术案例教程
基于 matlab 的机械故障诊断技术案例教程机械故障诊断技术是通过分析机械设备的运行状态、振动、声波等数据，以识别和定位故障的技术手段。
在此案例教程中，我们将详细介绍基于MATLAB的机械故障诊断技术。
一、故障诊断技术的基本原理故障诊断技术是通过对机械设备的振动、声音等信号进行分析来判断设备运行是否正常。
在机械故障诊断过程中，需要收集设备的振动和声音数据，并进行合理的处理和分析。
二、使用 MATLAB 进行机械故障诊断的案例在此案例中，我们将以离心泵为例，介绍基于 MATLAB 的机械故障诊断技术的应用。
1. 数据采集：从离心泵中采集振动和声音数据，并将其存储为数值形式的文件。
2. 数据预处理：使用MATLAB 对采集到的数据进行预处理，包括去噪、滤波、降采样等操作，以便后续的信号分析和故障诊断。
3. 特征提取：使用 MATLAB 对预处理后的数据提取特征。
常用的特征包括频域特征、时域特征、小波包特征等。
4. 特征选择：根据实际情况，使用 MATLAB 对提取到的特征进行选择，筛选出与故障相关的特征。
5. 故障诊断模型建立：使用 MATLAB 构建故障诊断模型，可以采用机器学习算法、人工智能技术等。
6. 故障诊断与预测：使用构建好的故障诊断模型，对新的数据进行诊断和预测。
通过与已知故障样本进行比对，可以准确判断设备是否出现故障，并预测故障类型。
三、案例教程中的注意事项在进行机械故障诊断时，需要注意以下几点：1. 数据采集要准确可靠，确保采集到的数据具有代表性。
2. 数据预处理要注意去除噪声、滤除干扰，并保留有用的信号。
3. 特征提取要选择合适的特征，能够准确反映机械设备的运行状态。
4. 模型建立要根据实际情况选择合适的算法和技术，同时需要考虑模型的准确性和计算效率。
5. 故障诊断与预测要结合实际情况进行判断，并及时修复设备故障，避免进一步损坏。
综上所述，通过基于 MATLAB 的机械故障诊断技术案例教程，我们可以学习到使用 MATLAB 进行机械故障诊断的基本原理和方法，帮助我们有效提高设备故障的诊断准确性和效率。
Matlab技术在故障诊断中的应用指南
Matlab技术在故障诊断中的应用指南引言:在现代工业生产中，故障诊断是一个至关重要的环节。
故障的发生不仅可能导致生产任务延误，还可能造成设备的严重损坏。
因此，合理有效地进行故障诊断对于保障生产的顺利进行和设备的安全运行非常重要。
Matlab作为一种高度可编程的数值计算软件，具备强大的数据分析、可视化和数学建模能力，并且具有友好的图形界面，逐渐在故障诊断中得到了广泛应用。
本文将介绍Matlab技术在故障诊断中的应用指南，包括数据处理、特征提取、故障识别和故障预测等方面。
一、数据处理数据处理是故障诊断的第一步，将采集到的原始数据转化为可用于分析的形式。
Matlab提供了丰富的数据处理函数和工具箱，可以实现数据的滤波、去噪、降维等操作。
其中，滤波是常用的数据处理方法之一。
根据故障特征和数据特点，选择适当的滤波算法对数据进行平滑处理，提高信号的质量。
同时，去噪也是重要的数据处理步骤，通过去除噪声信号，提高故障特征的可辨识性。
另外，对于高维数据，可以考虑使用主成分分析（PCA）等降维技术，减少数据维度，简化后续的分析过程。
二、特征提取特征提取是故障诊断的核心环节，目的是从原始数据中提取故障相关的特征参数。
Matlab提供了丰富的信号处理工具箱，例如时频分析、小波变换、频谱分析等，可以实现高效准确的特征提取。
时频分析方法可以揭示信号在时间和频率上的变化规律，可以更好地捕捉故障时刻和频率信息。
小波变换是一种局部时频分析方法，可以通过多分辨率分析提取出信号的非平稳特征。
频谱分析可通过傅里叶变换将信号从时域转换到频域，找出信号的频率成分。
在特征提取过程中，需要根据不同故障类型和信号特点选择合适的方法和参数。
三、故障识别故障识别是根据提取的特征参数，判断设备是否发生故障，以及故障类型和严重程度。
Matlab提供了各种分类和聚类算法，例如支持向量机（SVM）、人工神经网络（ANN）和K均值聚类，可以对提取的特征进行有效分类和聚类。
MATLAB 在机电专业教学中的应用共4页word资料
MATLAB 在机电专业教学中的应用0.引言探讨基于MATLAB的图形用户设计与开发功能， MATLAB已经广泛用于课程教学之中，成为这些课程进行虚拟实验的有效工具。
在控制、图像处理、信号处理及科学计算等领域中，都被广泛地应用，已经被认可为能够有效提高工作效率、改善设计手段的工具软件，掌握了MATLAB就好比掌握了开启本专业领域大门的钥匙。
1. MATLAB简介一种科学计算软件，MATLAB的含义是矩阵实验室，以矩阵为基本编程单元的程序设计语言，具有强大的数值计算功能、图形表达功能及可视化的仿真环境翻。
同时，还具有很好的开放性，用户可以根据自己的需求，利用MATLAB提供的基本工具，灵活地编制和开发自己的程序，开创新的应用2. RLC电路的编程仿真连续系统可以用微分方程来描述，离散系统可以用差分方程来描述。
当系统为无记忆系统时，微分方程或差分方程退化为代数方程。
因此，对系统进行仿真的过程就数学意义而言，就是求解这些微分方程、差分方程或代数方程的过程。
为了对连续系统进行仿真，首先需要建立其数学模型，然后利用计算机求解这些数学模型，从而得出数学模型的数值解。
通常，对连续系统进行计算机仿真的过程是：1) 建立数学模型：就是将物理模型转换为数学模型的过程。
对于电子电路而言，就是利用电路的拓扑、元件的属性，列出网孔方程或节点方程，并简化为标准形式的计算机可求解的一阶微分方程组(即状态方程)的过程。
对于线性时不变系统来说，就是建立其传递函数模型，并简化为计算机易于求解的线性一阶微分方程组(即状态方程)的过程。
而对于一般的系统通常可建模为一组非线性的微分方程组。
2) 选择合适的计算机求解方法求解仿真模型。
不同的微分方程求解算法的精度和适用范围均有所不同。
3) 编写MATLAB仿真程序或建立Simulink模块方框图，调试并运行程序。
4) 得出数值解，即仿真结果，对仿真结果进行分析。
下面举例说明，电路如图1，R=250、500、750 Q，输入信号为阶跃信号e(t)A，输出为电容电压，利用MATLAB编程仿真求解系统在时间t [0，0.05]秒的输出信号波形m1。
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2010年8月第16卷第3期安庆师范学院学报(自然科学版)Jou rn al of A nqing Teachers College(Natural S cience E dition)Au g.2010Vol.16No.3M AT LA B在 机械故障诊断 教学中的应用研究蒋宇,谢国秋,杨咸启(黄山学院信息工程学院,安徽黄山245021)摘要:通过利用M AT LAB建模仿真齿轮运转啮合过程,利用M AT LAB工具箱中强大的函数功能,实现了齿轮模拟故障和实际故障的有效诊断。
将M AT LAB软件引入课堂教学,克服了传统教学的乏味,激发了学生的学习兴趣,从而为教学效果的提高提供了有力的软件支撑。
关键词:M ATLAB;建模仿真;齿轮故障;故障诊断中图分类号:T H17文献标识码:A文章编号:1007-4260(2010)03-0112-030引言机械故障诊断 是上世纪六七十年代产生并发展起来的一门综合性学科,是当前很多高校机械专业的必修课程。
它以培养学生解决实际问题的专业技能为宗旨,在教学中占有重要地位。
传统教学一般遵从教学大纲的要求和教材的整体规划,以理论教学为主,没有很好地与一些软件的实践相结合,具有一定的局限性。
因此,如能将先进的应用软件引入到课堂教学,将会使教学效果大大改善。
目前优秀的数值计算与仿真软件很多,其中M ATLAB是当前最流行的科技应用软件和编程语言之一,它是由美国Math Wor ks公司于1982年推出的一款软件包,集数学计算、可视化和可编程等功能于一体,并建立了涵盖航天航空、电力电子、计算机网络、信号处理、控制工程、机械工程等学科的函数工具包及仿真模型库,具有强大的数学建模与分析能力,在科研及教学工作中具有十分重要的作用[1-2]。
因此,将MAT LAB应用到机械类课程教学当中,包括机械机构建模分析、信号处理以及机械故障诊断分析等是可行的,也是必要的[3-5]。
1齿轮故障的形成机理在机械故障诊断学课程中,齿轮故障的机理和诊断是很重要的教学内容。
据资料统计,传动机械中80%的故障是由齿轮引起的[6],齿轮在机械传动获得广泛应用是由于它具有结构紧凑、效率高、寿命长、工作可靠、理论传动比恒定不变和维护方便等优点,但是齿轮在运转过程中,制造误差、装配不当或操作维护不善等会使齿轮产生各种形式的失效。
齿轮常见的失效形式有断裂、磨损、点蚀和剥落等,下面以点蚀和剥落为例阐述产生故障的机理。
齿轮工作时,工作表面的接触应力是按脉动循环变化的,如果在交变应力作用下则会产生微观的疲劳裂纹。
润滑油进入裂纹后,在啮合过程中将裂纹封闭和挤压,高压促使疲劳裂纹蔓延和扩展,将轮齿表面的金属微粒剥落下来,形成了许多麻斑(凹坑),这种破坏方式称为!点蚀∀[6]。
如果表面的疲劳裂纹扩展得较深、较远,将许多麻斑连接起来,造成大块金属脱落,这种现象称为!剥落∀。
剥落和点蚀的形成机理相同,没有本质的区别,只是程度不同而已。
齿轮一旦发生故障,往往会导致严重的后果。
因此,在事故发生以前就需要能诊断出故障并加以消除,即必须在齿轮运行过程中对其运行状态及时做出判断,采取相应的对策,做到防患于未然,从而保证机器可靠运行。
*收稿日期:2009-11-29基金项目:黄山学院校级教研项目资助(2008hsujy012)。
作者简介:蒋宇,女,辽宁抚顺人,黄山学院信息工程学院教师,主要从事机械故障诊断及飞轮储能技术的研究。
2 M AT LAB 在机械故障诊断的应用2.1 应用M AT LAB 诊断齿轮模拟故障传统的机械故障诊断学课程主要涉及各种机械零件故障形成机理及常见的诊断方法,教学内容比较枯燥乏味,学生兴趣不高,直接影响课堂教学效果。
将M AT LAB 软件引入课堂教学,教会学生如何利用该软件解决故障诊断问题,将授课理论内容与软件实践结合起来,有助于提高学生实际解决问题能力。
下面以诊断模拟故障为例来进行阐述。
MAT LAB 中的SIM ULINK 工具箱具备强大的仿真功能,首先利用该工具箱中的机构仿真库(SimM echanics)建立一对直齿轮啮合的仿真模型,如图1所示。
仿真模型主要由驱动信号部分、执行器、齿轮传动机构以及示波器等元件组成,其中驱动信号部分是整个模型的驱动源,它包含了齿轮运转过程中的正常驱动信号、故障驱动信号以及噪声干扰信号;执行器将驱动信号传递给齿轮机构以进行啮合运转;传感器检测齿轮运行的旋转轴上的力矩信号;示波器用来显示并记录传感器传递来的数据信号。
图1 基于M AT LA B/SIM U L IN K 的齿轮啮合仿真模型事实上,齿轮在运行当中的振动信号是齿轮啮合运动较准确的外在表现,通过分析齿轮振动信号的时频域谱图,可以判断齿轮是否正常运行。
在机械故障诊断中,应用傅里叶变换诊断是最基本且应用非常普遍的诊断方法。
M ATLAB 中自带有傅里叶变换函数,最常见的调用格式为[7]:y=fft(x)。
调用该指令解决图1的仿真模型齿轮故障状态。
诊断过程为:首先分别在正常状态和故障状态下对模型进行仿真实验,设置正常驱动信号频率为10H z,设置故障源信号频率分别为20H z 和30H z;其次将采集到的齿轮旋转轴上的力矩信号转化成时频域谱图;最后根据时频谱图辨别齿轮正常与故障状态。
图2和3分别给出了齿轮在正常和故障状态下旋转轴上的力矩信号时频谱图。
图2 正常状态齿轮啮合仿真结果时域与频域图图3 故障状态齿轮啮合仿真结果时域与频域图 从图2和3中的时域波形可以看到,力矩信号完全淹没在噪声信号之中,齿轮在正常和故障状态下#113#第3期 蒋宇,谢国秋,等:M AT LA B 在 机械故障诊断 教学中的应用研究图4 齿轮局部剥落故障的时域波形图几乎一样,如果直接从时域图中辨识故障状态会非常困难;但是从通过傅里叶变换后的频域波形可见,齿轮在正常状态下力矩信号在频域中能量主要集中在10H z 频率点上,而出现故障时能量同时还集中在20H z 和30H z 这两个故障频率点上。
由此我们可以根据信号的频域特性来推断齿轮的正常与故障情况,并能够根据故障源频率反推出故障原因,从而实现齿轮的故障诊断。
2.2 应用M AT LAB 诊断实际故障再以实际故障诊断为例阐述M AT LAB 的应用,图4为某齿轮箱中间轴上出现故障时的图片,出现的故障为局部剥落。
当齿轮出现裂纹、局部剥落等故障时,将产生周期性的冲击信号,信号的分布呈现出一定的非高斯性,故可将双谱分析方法应用到齿轮故障的模式识别中。
首先对正常和故障信号进行AR 建模,然后对AR 模型估计出的参数再进行双谱分析。
M T LAB 信号处理工具箱提供的函数aro rder 和arrcest 指令可用于模型定阶和模型的参数估计[8]。
aro rder 函数的功能是使用累积量来估计AR 模型的阶数,常用格式为:p =arorder(y,nor der),其中y 是模型的时间序列,norder 是累积量的阶数,可以为2,3,4,-3or -4缺省值为3。
arrcest 函数的功能是使用自相关和累积量的正交方程方法估计AR 模型参数,常用的格式为:avec=arr cest(y,p),y 是矩阵变量,p 是AR 模型的阶数。
正常与故障状态的双谱分析结果如图5所示。
(a)正常信号(b)剥落故障图5 齿轮信号的双谱幅值图由图5可以看出,不论是正常还是故障情况,双谱图上都存在谱峰,其高斯偏离性很明显。
在正常情况下,主峰值仅在低频端有一处。
而故障情况下,剥落故障出现了六个谱峰,而且故障状态下的谱峰在低频及高频端均有分布。
这是由于齿轮故障的调制作用,由此产生调制频率各分量之间发生耦合的必然结果。
根据谱峰的数目及分布不同,可以进行较好地分类和诊断。
3 结 论齿轮传动机构的仿真实验与故障诊断,极好地展现了MAT LAB 的建模仿真和复杂的信息处理功能在机械故障诊断中的应用价值。
将MA TLAB 教学与理论教学相结合,不仅可以加深学生对理论知识的理解,而且将大大激发学生学习兴趣,有助于学生创新能力的培养。
同时掌握当今最新的软件并有效利用,将有助于提高学生分析和解决问题的能力,为其以后从事工作或科学研究打下良好的基础。
(下转第123页)#114#安庆师范学院学报(自然科学版) 2010年3 结 论把Pro teus 仿真软件应用于单片机教学中,能够很好地将理论知识和实践结合起来,让学生在趣味性很强的仿真实验中学习,充分训练了学生的应用能力和程序设计能力,大大提高了学生的积极性。
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