系統(tǒng)故障診斷技術、算法及MATLAB實現(xiàn)

第1章 緒論 1
1.1 系統(tǒng)故障診斷技術的內(nèi)涵 1
1.1.1 系統(tǒng)故障診斷技術的基本概念 1
1.1.2 系統(tǒng)故障診斷技術的目的與任務 2
1.1.3 系統(tǒng)故障診斷技術的基本理論與方法 5
1.1.4 系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的結(jié)構與內(nèi)容 13
1.2 系統(tǒng)故障診斷技術的發(fā)展趨勢 15
1.2.1 故障預測與健康監(jiān)測的技術內(nèi)涵 15
1.2.2 故障預測與健康監(jiān)測技術體系 17
1.2.3 故障預測與健康監(jiān)測的系統(tǒng)功能層次 20
1.2.4 故障預測與健康監(jiān)測的典型體系框架分析 23
1.2.5 故障預測與健康監(jiān)測的發(fā)展展望 28
思考題 31
參考文獻 31
第2章 故障診斷信號分析基礎 33
2.1 信號分析的定義與意義 33
2.2 信號預處理 33
2.2.1 異常值處理 34
2.2.2 零均值化處理 34
2.2.3 消除趨勢項 36
2.2.4 加窗處理 38
2.2.5 濾波 49
2.3 特征提取與信號處理方法 56
2.3.1 特征選擇與提取 56
2.3.2 時域分析方法 57
2.3.3 頻域分析方法 62
思考題 72
參考文獻 73
第3章 信號高級分析方法 75
3.1 時頻域分析 75
3.1.1 短時傅里葉變換 75
3.1.2 Wigner-Ville分布 77
3.1.3 小波變換 80
3.1.4 EMD信號分析方法 87
3.2 數(shù)據(jù)約減方法 92
3.2.1 主成分分析 92
3.2.2 核主元分析 94
3.2.3 粗糙集理論 98
3.3 傳感器信息融合 101
3.3.1 信息融合的概念 101
3.3.2 信息融合的方法 104
3.3.3 信息融合的關鍵技術 107
思考題 108
參考文獻 108
第4章 滾動軸承故障診斷 110
4.1 滾動軸承的基本概況 110
4.1.1 滾動軸承的基本結(jié)構 110
4.1.2 滾動軸承異常的基本形式 111
4.2 滾動軸承的振動類型及故障特征 112
4.2.1 滾動軸承的固有振動特征 113
4.2.2 滾動軸承的故障特征頻率 114
4.3 滾動軸承故障診斷方法 121
4.3.1 常用振動診斷方法 121
4.3.2 現(xiàn)場振動監(jiān)測及分析診斷的一般步驟 129
4.3.3 滾動軸承故障診斷案例 130
4.3.4 軸承故障診斷新技術介紹 137
思考題 138
參考文獻 138
第5章 齒輪故障診斷 140
5.1 齒輪異常的基本形式 140
5.1.1 齒輪及嚙合過程 140
5.1.2 齒輪故障的常見形式 142
5.1.3 齒輪故障的原因 149
5.2 齒輪振動頻率及頻譜特點 150
5.2.1 齒輪的振動類型 150
5.2.2 齒輪振動頻率的計算 152
5.2.3 齒輪振動頻譜的特點 154
5.3 齒輪故障分析方法 157
5.3.1 常用振動振動方法 157
5.3.2 齒輪的精密診斷 161
5.3.3 齒輪故障診斷案例 162
5.3.4 齒輪故障診斷新方法展望 166
思考題 167
參考文獻 168
第6章 系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述 169
6.1 系統(tǒng)數(shù)學描述 169
6.2 狀態(tài)空間的基本概念 170
6.3 線性系統(tǒng)狀態(tài)空間表達式的建立 172
6.3.1 根據(jù)物理定律建立實際系統(tǒng)的動態(tài)方程 172
6.3.2 由系統(tǒng)的微分方程建立狀態(tài)空間表達式 175
6.3.3 由傳遞函數(shù)建立狀態(tài)空間表達式 177
6.4 線性系統(tǒng)的可控性和可觀性 180
6.4.1 問題的提出 180
6.4.2 線性定常連續(xù)系統(tǒng)的可控性 180
6.4.3 可控標準型及輸出可控性 183
6.5 狀態(tài)空間表達式的標準形式 185
6.5.1 能控標準型 186
6.5.2 能觀測標準型 186
6.5.3 對角線標準型 186
6.5.4 Jordan標準型 187
6.6 利用MATLAB進行系統(tǒng)模型之間的相互轉(zhuǎn)換 188
6.6.1 傳遞函數(shù)系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式 189
6.6.2 由狀態(tài)空間表達式到傳遞函數(shù)的變換 190
思考題 193
參考文獻 194
第7章 狀態(tài)反饋和狀態(tài)觀測器設計 195
7.1 狀態(tài)反饋與閉環(huán)系統(tǒng)極點的配置 195
7.1.1 狀態(tài)反饋 195
7.1.2 閉環(huán)系統(tǒng)期望極點的選取 200
7.2 狀態(tài)觀測器的設計 201
7.2.1 全維狀態(tài)觀測器 202
7.2.2 極點配置的MATLAB實現(xiàn) 206
思考題 214
參考文獻 214
第8章 基于觀測器的故障診斷理論基礎 215
8.1 故障診斷觀測器 215
8.2 故障檢測系統(tǒng)的魯棒性及靈活性 216
8.3 故障檢測殘差評估及閾值的確定 218
8.4 故障分離 221
8.4.1 完全故障分離 221
8.4.2 故障分離濾波器 226
8.4.3 基于多個（一組）殘差產(chǎn)生器的故障分離 227
8.5 故障辨識 233
8.5.1 故障辨識濾波器與完全故障辨識 234
8.5.2 最優(yōu)故障辨識問題 236
思考題 238
參考文獻 238
第9章 數(shù)據(jù)驅(qū)動的懸掛系統(tǒng)故障診斷方法 240
9.1 基于PCA的故障檢測方法 240
9.2 基于DPCA的城軌車輛懸掛系統(tǒng)故障檢測 242
9.3 T-PLS的算法思想與步驟 244
9.4 基于T-PLS的懸掛系統(tǒng)故障檢測與診斷 249
9.5 SVM概述 255
9.6 SVM算法研究 256
9.6.1 二元分類 256
9.6.2 多元分類 259
9.7 在列車懸掛系統(tǒng)中應用SVM技術進行故障分離 260
9.7.1 故障特征值 262
9.7.2 SVM故障分離 263
思考題 265
參考文獻 265
附錄A 城軌車輛懸掛系統(tǒng)建模 266
A.1 車輛懸掛系統(tǒng)及車載故障診斷系統(tǒng)構架 266
A.1.1 車輛懸掛系統(tǒng)組成與功能 266
A.1.2 城軌車輛垂向懸掛系統(tǒng)動力學建模 269
A.1.3 Simpack車輛建模與懸掛系統(tǒng)故障仿真平臺 278
A.2 小結(jié) 282
參考文獻 282
附錄B 思考題答案 283