数学形态学在振动信号处理中的应用研究.pdf-资料库

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国内图书分类号：THl 65 国际图二伟分类号：621．3 学校代码：10079 密级：公开硕士学位论文数学形态学在振动信号处理中的应用研究硕士研究生：孙敬敬导寸师： y…：胡爱军副教授申请学位：工学硕士学子专科： 11斗：工学业：机械电子工程所在学院：能源动力与机械工程学院答辩日期： 2012年3月授予学位单位：华北电力大学 }●●I●r LI■■●●■■I

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Classified Index：TH 1 65 U．D．C：621．3 Thesi s for the Master Degree Studv on the Application of Mathematical Morphology in Vibration Signal Processing Candidate： Supervisor： School： Date of Defence： Sun Jin舀ing Associate Processor．Hu Aijun School of Energy，Power and Mechanical Engineering March，2012 Degree—Conferring—Institution： North China Electric Power University

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华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《数学形态学在振动信号处理中的应用研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。掘本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人己发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：彦I、加奄．H：∽，≥年弓月g日华北电力大学硕士学位论文使用授权书《数学形态学在振动信号处理中的应用研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期l、白j在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以下相应方框内扣。‘√”)：保密口，在不保密∥ 年解密后适用本授权二传作者签名：翔帮船导师签名：胡裳晕日期：幽历年弓月彩日同期：20 Q．年_：；月8日

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‘#北IU／J人学硕}j学位论文摘要振动信号中蕴含着设备故障特征和状态变化的丰富信息，是机械设备状态监测与故障诊断的重要信息来源，对振动信号进行分析是实现机械设备监测和故障诊断的重要手段。数学形态学为振动信号处理提供了一种基于时域的非线性的分析方法，与传统的信号分析方法相比，形态学方法效果更佳，运算速度更快，更适于实时监测与故障诊断。本文结合机械故障振动信号的特点，给出了数学形态滤波器特性的定量描述，揭示形态学滤波器的工作原理，归纳总结了形态滤波器在振动信号处理中应用的统一准则，并且针对数学形态学在振动信号处理中的现状，对形态学方法在振动信号特征提取方面的应用作了分析。论文主要创新点包括： (1)研究了数学形态滤波器的频率H向应特性，给出了不同结构元素宽度对应的归一化截止频率表以及函数关系式。通过研究结构元素宽度、采样频率、分析点数与滤波特性间的定量关系，给出了数学形态滤波器特性的定量描述，揭示了形态学滤波器的工作原理，归纳总结了形念滤波器在振动信号处理中应用的统一准则。研究表明：在采样频率确定时，结构元素宽度越大，截止频率越低，截止频率的变化量随着结构元素宽度的等差增长而非线性变小。当结构元素宽度确定时，采样频率越大，截止频率越高，采样频率与截止频率成『F比例变化。与频响近似的IIR滤波器的仿真对比表明，形态学组合滤波器具有更好的滤波效果，且具有保相的突出优点。 (2)归纳总结了应用于故障信号特征提取的数学形态学方法，在分析目前的三种特征提取方法实现原理及频响特性的基础上，通过仿真分析，揭示了这些方法存在的优缺点，给出了形态学在振动信号处理中应用的建议。 (3)将数学形态学方法用于实际振动信号处理，通过故障实例分析，验证了形态学方法在振动信号处理中的有效性。关键词：数学形态学；振动信号；故障诊断；频响特性

华北lU力人学颂J‘学位论文 Abstract The vibration signal containing a wealth of information such as fault features and the state of equipment iS the important information sources of machinery condition monitoring and fault diagnosis．Analysis of vibration signals is an important fault diagnosis method．Mathematical morphology based on time—domain provides a nonlinear analysis method for the vibration signal processing．Compared with the traditional speed，SO it for is more suitable methods，morphological method has better signal processing result，faster calculating fault diagnosis．A quantitative description of mathematical morphological filter’S characteristics is given，and the operation principle and unified application criterion are revealed．Based on the analysis of current application of mathematical morphology，the morphological methods used for fault feature extraction are analyzed．The innovations include： (1)This paper investigates the frequency response characteristics of the mathematical morphological filter and meanwhile presents the filters’normalized cutoff frequency of different structural element widths and the functional relation between structural element width and cutoff frequency．Through analyzing the quantitative relationship between the structural element width 1 sampling frequency、analyzing points and filtering feature，a quantitative description of mathematical morphological filter’S characteristics is given．The research indicates，when the sampling frequency is fixed，as the width of the structure element increases，the cutoff frequency decreases．And the shift of the cutoff frequency gets smaller as the arithmetic growth of the structure element’S width；when the width of the structure element is fixed，as the sampling frequency increases，the cutoff frequency increases，and the sampling frequency varies directly with the cutoff frequency．The comparative test with IIR filter shows that the morphological filter gets better noise suppressing result and keeps the phase of the original signal． (2)The morphological methods applied in the vibration signal fault feature extraction are summarized，and the characteristics of these methods are analyzed．Based on the analysis of these methods’implementation principle and frequency response characteristics，through the simulation analysis，the advantages and defects of the current methods are pointed out，and relevant suggestions are given． (3)The mathematical morphological method is applied in the actual vibration signal， through the faults example，the effectiveness of the mathematical morphological methods in vibration signal processing is verified． Keywords：mathematical morphology；vibration signal；fault diagnosis；frequency response characteristics

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