基于FPGA的滾動(dòng)軸承故障診斷算法應(yīng)用研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著科技的進(jìn)步，機(jī)械設(shè)備逐漸朝著精密化的方向發(fā)展，如果維護(hù)不及時(shí)設(shè)備就有可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)械故障而沒有被察覺（特別是早期故障），嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，因此設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中最好對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新方法被運(yùn)用于其中。而在眾多的機(jī)械設(shè)備故障診斷成果當(dāng)中，大部分是理論研究成果，有一部分是基于PC或DSP處理器的面向應(yīng)用的故障診斷設(shè)備，但一般不具有處理速度上的優(yōu)勢(shì)。因此，本文采用 FPGA作為處理器，運(yùn)用相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)故障診斷具有

2、明顯的速度優(yōu)勢(shì)。
　　本文主要圍繞滾動(dòng)軸承的故障診斷算法實(shí)現(xiàn)展開研究。重點(diǎn)研究了小波變換、希爾伯特變換和FFT變換的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，并且用多組軸承故障數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該算法的可靠性。
　　首先，本文介紹了滾動(dòng)軸承的故障機(jī)理。分析了滾動(dòng)軸承的各種失效形式和失效時(shí)的頻率特征，以及振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域分析、頻域分析、模態(tài)分析方法。
　　其次，研究了小波變換、希爾伯特變換和快速傅里葉變換。在研究小波基本理論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Mallat算法

3、實(shí)現(xiàn)了小波變換的FPGA實(shí)現(xiàn)，并且具有較高的運(yùn)算精度。緊接著在希爾伯特變換的理論基礎(chǔ)上從時(shí)域角度運(yùn)用 FIR濾波器完成了希爾伯特變換的 FPGA實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)該算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。還研究了從離散傅里葉變換（DFT）到快速傅里葉變換（FFT）的算法結(jié)構(gòu)，最后運(yùn)用以單路徑延時(shí)反饋交換器（SDF）為核心的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了4096點(diǎn)FFT的FPGA實(shí)現(xiàn)，并且驗(yàn)證了該算法的FPGA實(shí)現(xiàn)具有較高的運(yùn)算精度。這三種算法用FPGA實(shí)現(xiàn)所具有的高速處理

4、速度為整個(gè)滾動(dòng)軸承故障診斷算法的實(shí)時(shí)性提供了保證。
　　最后，通過多組數(shù)據(jù)作對(duì)比，驗(yàn)證了該算法的可靠性。先用美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)的故障軸承數(shù)據(jù)，軸承的內(nèi)圈、外圈、滾珠三組數(shù)據(jù)分別用該算法進(jìn)行處理，很準(zhǔn)確的找到了故障點(diǎn)的頻率以及倍頻，并且和MATLAB的計(jì)算結(jié)果作對(duì)比，誤差很小。然后用軸承故障平臺(tái)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用該故障診斷算法分別處理了軸承的內(nèi)圈、外圈、滾珠三組數(shù)據(jù)，也取得了很好地故障診斷效果，從而進(jìn)一步說(shuō)明了該故障診斷算法的可