基于曲軸角振動(dòng)信號(hào)的內(nèi)燃機(jī)故障診斷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著內(nèi)燃機(jī)的廣泛使用和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的事后維修和定時(shí)檢測(cè)已不適應(yīng)目前視情維修體制的要求；而由于內(nèi)燃機(jī)的復(fù)雜性，一般的機(jī)械故障診斷技術(shù)也難以直接應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)故障診斷，因此，必須發(fā)展針對(duì)內(nèi)燃機(jī)特點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)。內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動(dòng)信號(hào)以其測(cè)量簡(jiǎn)便和信息豐富的優(yōu)點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，是目前內(nèi)燃機(jī)故障診斷領(lǐng)域的前沿和研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動(dòng)診斷系統(tǒng)研制中，在信號(hào)測(cè)量、信號(hào)處理及診斷方法等關(guān)鍵技術(shù)上存在的問題，提

2、出了A/D采樣擬合法、畸點(diǎn)濾波法和曲軸角振動(dòng)簡(jiǎn)諧診斷法，為研制實(shí)用而有效的內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動(dòng)診斷系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)。 本文首先按照軟件加通用硬件替代專用儀器的虛擬儀器設(shè)計(jì)思想，提出了基于通用A/D采樣卡的角振動(dòng)測(cè)量新方法——A/D采樣擬合法。該方法具有測(cè)量精度較高、硬件成本低、通用性強(qiáng)、測(cè)量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)角振動(dòng)信號(hào)與其它信號(hào)的同步測(cè)量。利用A/D采樣擬合法測(cè)量持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，可以采集較大內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行了內(nèi)燃機(jī)

3、非穩(wěn)定工況角振動(dòng)測(cè)量分析。揭示了內(nèi)燃機(jī)工況不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致曲軸角振動(dòng)信號(hào)中存在趨勢(shì)項(xiàng)這一本質(zhì)特性，研究了趨勢(shì)項(xiàng)對(duì)扭振分析的影響及消除方法。對(duì)A/D采樣擬合法進(jìn)行了完善，提出了消除角振動(dòng)隨機(jī)測(cè)量誤差的循環(huán)內(nèi)多點(diǎn)平均方法。 通過對(duì)曲軸角振動(dòng)信號(hào)中干擾信號(hào)基本特性的分析，本文提出了一種只衰減周期信號(hào)中畸點(diǎn)處誤差值而不影響非畸點(diǎn)處原值的畸點(diǎn)濾波法。對(duì)畸點(diǎn)濾波法的關(guān)鍵步驟進(jìn)行了證明，推導(dǎo)了畸點(diǎn)處誤差值衰減的規(guī)律，估計(jì)了畸點(diǎn)濾波法計(jì)算量。為適應(yīng)

4、在線測(cè)量或?qū)崟r(shí)控制的運(yùn)算速度要求，提出了畸點(diǎn)濾波快速算法?；c(diǎn)濾波法及其快速算法不僅可以用于曲軸角振動(dòng)信號(hào)濾波，還可廣泛用于其他各種周期性信號(hào)、甚至衰減簡(jiǎn)諧信號(hào)中。為消除衰減簡(jiǎn)諧信號(hào)中的畸點(diǎn)，本文提出了一種先將衰減簡(jiǎn)諧信號(hào)變換為同頻簡(jiǎn)諧信號(hào)，再采用畸點(diǎn)濾波法消除衰減簡(jiǎn)諧信號(hào)中畸點(diǎn)的思路。將衰減簡(jiǎn)諧信號(hào)成分變換成同頻簡(jiǎn)諧信號(hào)，可用本文提出的模態(tài)參數(shù)識(shí)別新方法——負(fù)阻尼傅立葉變換實(shí)現(xiàn)。 論文以內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)和傅立葉變換理論為基礎(chǔ)，深入

5、研究了曲軸激振力矩與角振動(dòng)響應(yīng)間的關(guān)系，首次推導(dǎo)出了多缸內(nèi)燃機(jī)任意測(cè)點(diǎn)的簡(jiǎn)諧角振動(dòng)與各缸簡(jiǎn)諧力矩的函數(shù)關(guān)系式，即基本關(guān)系式。針對(duì)目前用于角振動(dòng)診斷的剛體和彈性動(dòng)力學(xué)模型的局限，利用簡(jiǎn)諧振動(dòng)的正交性，首次從單諧次的角度，提出了“單諧次準(zhǔn)剛體模型”，討論了滿足“單諧次準(zhǔn)剛體模型”條件的兩種情況，建立了既準(zhǔn)確又簡(jiǎn)便實(shí)用的角振動(dòng)簡(jiǎn)諧診斷動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)基本關(guān)系式和“單諧次準(zhǔn)剛體模型”，推導(dǎo)了用于故障診斷的五個(gè)推論，建立了一套應(yīng)用廣泛、診斷準(zhǔn)確、

6、簡(jiǎn)便實(shí)用且不依賴軸系結(jié)構(gòu)參數(shù)或大量實(shí)驗(yàn)的內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動(dòng)簡(jiǎn)諧診斷新方法，并成功地應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、停缸號(hào)診斷、故障缸功率損失率診斷、漏氣缸位診斷和各缸作功均勻性診斷中。 論文對(duì)所提出的新方法、公式及推論作了嚴(yán)格的理論推導(dǎo)與證明，并進(jìn)行了大量的仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 論文的研究工作，進(jìn)一步發(fā)展了基于曲軸角振動(dòng)信號(hào)的內(nèi)燃機(jī)故障診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，不僅對(duì)研制診斷系統(tǒng)有實(shí)用價(jià)值；而且由此得出的一些具有普遍意義的研究成果還可