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直升机传动链故障诊断与健康管理系统设计及关键技术研究

作　者: 张新鹏
导　师: 胡茑庆
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 故障检测故障诊断健康管理核主元分析新异类检测人工免疫系统设计
分类号: V267
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

直升机服役环境特殊,自身结构复杂,在飞行过程中会面临许多未知的风险,特别是其主要部件之一的传动链,作为不能冗余的动力传递单一通道,若发生故障,很有可能产生难以估量的损失。因此,针对传动链开展相应的故障诊断和健康管理工作,及时发现飞行的潜在威胁就显得尤为重要。本文受部委级研究项目“XX状态实时监控与故障预测技术研究”和国家自然科学基金项目“直升机传动系统行星轮系损伤检测与预测的模型驱动理论与方法研究”等资助,设计并构建了直升机传动链故障诊断与健康管理系统,以期为直升机安全使用和效能发挥提供保障。主要研究内容包括:1、装备故障诊断与健康管理相关理论和技术研究(1)研究和分析轴承这一装备重要部件的故障模式和演化机理,针对轴承常见部位故障进行仿真,为后续故障诊断算法设计提供理论依据;(2)研究基于核主元分析的信号特征提取方法,通过仿真数据验证其降维效果,并使用轴承实验数据来进一步说明其在实际中的应用,为系统软件设计奠定理论基础;(3)研究基于人工免疫的新异类检测方法,以解决诸如直升机这类先验知识缺乏、故障信号难于获取的装备故障检测问题。提出一种基于多级半径的检测器生成方法,对人工免疫实值否定选择算法进行改进,并通过轴承实测数据分析验证方法的有效性和实用性。2、构建直升机传动链故障诊断与健康管理系统(1)设计直升机传动链故障诊断与健康管理系统体系结构;(2)构建直升机传动链故障诊断与健康管理系统硬件平台;(3)设计直升机传动链故障诊断与健康管理系统相关软件,集成论文中涉及到的相关健康管理技术,结合硬件平台对系统进行验证。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-20
  1.1 课题概述  13-14
    1.1.1 课题来源  13
    1.1.2 课题背景和意义  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-18
    1.2.1 国外研究现状  14-17
    1.2.2 国内研究现状  17-18
  1.3 论文研究内容和结构安排  18-20
    1.3.1 主要研究内容  18-19
    1.3.2 论文结构  19-20
第二章滚动轴承故障模式和演化机理分析  20-31
  2.1 滚动轴承主要故障模式  20-21
  2.2 滚动轴承振动信号分析  21-26
    2.2.1 滚动轴承的典型结构  22-23
    2.2.2 滚动轴承的特征频率  23-24
    2.2.3 滚动轴承故障振动频率分析  24-25
    2.2.4 滚动轴承振动故障特征分析  25-26
  2.3 滚动轴承的故障信号仿真  26-30
    2.3.1 轴承故障模型建立  26-27
    2.3.2 常见类型的轴承故障信号仿真  27-30
  2.4 小结  30-31
第三章基于核主元分析的状态特征提取方法研究  31-43
  3.1 状态特征选择和提取的基本概念  31-32
  3.2 核主元分析方法介绍  32-36
    3.2.1 主元分析方法  32-35
    3.2.2 核主元分析方法  35-36
  3.3 实验验证  36-41
    3.3.1 仿真数据验证  36-39
    3.3.2 实验数据验证  39-41
  3.4 小结  41-43
第四章基于人工免疫的新异类检测方法研究  43-60
  4.1 新异类检测方法简介  43-45
  4.2 生物免疫系统简介  45-47
    4.2.1 生物免疫体系  45-46
    4.2.2 生物免疫识别  46
    4.2.3 生物免疫特性  46-47
  4.3 人工免疫的研究现状  47-49
  4.4 人工免疫诊断算法研究与应用  49-59
    4.4.1 基于否定选择机理的故障诊断模型  49-50
    4.4.2 否定选择算法  50-52
    4.4.3 特征值提取  52-53
    4.4.4 实验仿真  53-55
    4.4.5 人工免疫在轴承故障诊断中的应用  55-59
  4.5 小结  59-60
第五章直升机传动链故障诊断与健康管理原型系统设计  60-81
  5.1 系统总体设计方案  60-63
    5.1.1 状态感知模块  61
    5.1.2 信号采集与预处理模块  61-62
    5.1.3 分析诊断模块  62-63
  5.2 系统硬件设计  63-72
    5.2.1 振动加速度传感器  63-64
    5.2.2 转速传感器  64-65
    5.2.3 加固计算机  65-66
    5.2.4 数据采集卡  66-67
    5.2.5 调理电路板  67-68
    5.2.6 航空插头插座  68-69
    5.2.7 电源转换模块  69
    5.2.8 接口集成盒  69-71
    5.2.9 其他主要硬件  71
    5.2.10 信号采集子系统组装图  71
    5.2.11 系统硬件汇总  71-72
  5.3 系统软件设计  72-80
    5.3.1 主要程序流程设计  72-77
    5.3.2 软件功能和总体结构  77-80
  5.4 小结  80-81
第六章系统功能的验证  81-86
  6.1 实验准备  81-82
  6.2 实时状态监控功能验证  82
  6.3 状态信号采集功能验证  82-83
  6.4 状态信号处理功能验证  83-85
  6.5 故障检测与诊断功能验证  85
  6.6 小结  85-86
第七章结论与展望  86-88
  7.1 全文总结  86-87
  7.2 研究展望  87-88
致谢  88-89
参考文献  89-94
作者在学期间取得的学术成果  94-95

直升机传动链故障诊断与健康管理系统设计及关键技术研究

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