機(jī)械振動信號分析及故障報(bào)警_課程設(shè)計(jì)(已修改)
2025-09-09 16:14 本頁面
【正文】 燕山大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 題目： 機(jī)械振動信號分析及故障報(bào)警 學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級專業(yè)： 10級儀表 3 班 電氣工程學(xué)院《課程設(shè)計(jì)》任務(wù)書 課程名稱： “單片機(jī)原理及應(yīng)用 —— 數(shù)字信號處理”課程設(shè)計(jì) 院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位： 自動化儀表系 學(xué)號 1001030201 學(xué)生姓名 （專業(yè)）班級 自動化儀表 3班 設(shè)計(jì)題目 機(jī)械振動信號分析及故障報(bào)警 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 參 數(shù) 了解加速度傳感器工作原理。 掌握單 片機(jī)串口通信協(xié)議。 連接硬件實(shí)驗(yàn)線路，實(shí)現(xiàn)所要求的功能。 基于 Matlab 信號處理工具箱實(shí)現(xiàn)功能 完成設(shè)計(jì)，提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 設(shè) 計(jì) 要 求 利用加速度傳感器采集軸承正常與故障狀態(tài)下的振動信號，基于 Matlab 對振動信號進(jìn)行時域和頻域 (包括 FFT，功率譜，倒譜 )分析，提取時域波形指標(biāo)如均值、峰峰值、峭度、偏度等。設(shè)計(jì)相應(yīng)的信號分析及顯示界面。 基于振動信號分析結(jié)果，通過串口發(fā)送命令給單片機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)振提取的特征指標(biāo)判斷軸承是否故障，若有故障驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警。 擴(kuò)展：也控制相應(yīng)的數(shù)碼 管或 LED 發(fā)光顯示相應(yīng)振動信號參數(shù) (幅度、頻率參數(shù)等 )。 工 作 量 軟件編程與硬件調(diào)試相結(jié)合，繪制設(shè)計(jì)流程圖，編制相應(yīng)軟件界面，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制與信號處理任務(wù)的綜合應(yīng)用 參 考 資 料 1）《微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》 賴壽宏，機(jī)械工業(yè)出版社（教材） 2）《單片機(jī)及應(yīng)用》李大友，高等教育出版社（教材） 3）《信號處理原理及應(yīng)用》 謝平 等 機(jī)械工業(yè)出版社（教材） 4)《 Matlab 程序設(shè)計(jì)及其在信號處理中的應(yīng)用》 聶祥飛等 西南交通大學(xué)出版社 周次 第一周 第二周 應(yīng) 完 成 內(nèi) 容 熟悉偉福單片機(jī)編程環(huán)境 ，調(diào)試單片機(jī)各基本功能模塊；熟悉 matlab 信號處理工具箱，信號處理系統(tǒng)基本功能模塊學(xué)習(xí)和調(diào)試 單片機(jī)系統(tǒng)與信號處理系統(tǒng)綜合進(jìn)行硬件調(diào)試， 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告 指導(dǎo)教 師簽字 基層教學(xué)單位主任簽字 說明： 此表一式四份，系、指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份，報(bào)送院教務(wù)科一份。 學(xué)生那份任務(wù)書要求裝訂到課程設(shè)計(jì)報(bào)告前面。 目錄 第一章 摘要 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 第三章 基本原理 第四章 MATLAB 界面設(shè)計(jì) 第五章 各模塊設(shè)計(jì)及程序 第六章 設(shè)計(jì)心得及總結(jié) 參考文獻(xiàn) 第一章 摘要 機(jī)械振動信號分析是現(xiàn)代機(jī)械故障診斷的一個 有效方法。在諸多信號分析的手段中，小波分析與傅氏變換相結(jié)合的方法得到廣泛應(yīng)用。因?yàn)檫@種方法更適合于提取微弱機(jī)械振動的特征信號。 但是與其他分析工具一樣，小波分析工具有自己的特點(diǎn)，如果不能正確使用，反而會影響對信號的正確分析。從本質(zhì)上說，小波分析是用小波函數(shù)與被被分析的信號函數(shù)做一系列的互相關(guān)運(yùn)算，因此選用小波函數(shù)不當(dāng)會引起分析的誤差或誤判。 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 對機(jī)械振動信號進(jìn)行采樣，把采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行時域和頻域上的分析， 包括 FFT，功率譜，倒譜分析。提取時域波形指標(biāo)如均值、峰峰值、峭度、偏度、脈沖因 數(shù)等。以一種指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，分析振動信號產(chǎn)生的變化。本次課設(shè)利用 matlab 軟件，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械振動信號時頻域的分析以及故障的判斷。因?yàn)轭l域分析特征值的提取較麻煩，這里我們用其中一種參數(shù)的計(jì)算量為標(biāo)準(zhǔn)來判斷是否發(fā)生故障。 第三章 基本原理 與 Fourier 變換相比，小波變換是空間（時間）和 頻率 的局部變換，因而能有效地從信號中提取信息。通過伸縮和平移等運(yùn)算功能可對 函數(shù) 或信號進(jìn)行多尺度的細(xì)化分析，解決了 Fourier 變換不能解決的許多困難問題。小波變換聯(lián)系了 應(yīng)用數(shù)學(xué) 、 物理學(xué) 、計(jì)算機(jī)科 學(xué) 、信號與 信息處理 、 圖像處理 、地震勘探等多個學(xué)科。數(shù)學(xué)家認(rèn)為，小波分析是一個新的數(shù)學(xué)分支，它是 泛函分析 、Fourier 分析、樣調(diào)分析、數(shù)值分析的完美結(jié)晶；信號和信息處理專家認(rèn)為，小波分析是時間 — 尺度分析 和 多分辨分析 的一種新技術(shù)，它在信號分析、 語音合成 、 圖像識別 、 計(jì)算機(jī)視覺 、數(shù)據(jù)壓縮、地震勘探、大氣與海洋波分析等方面的研究都取得了有科學(xué)意義和應(yīng)用價值的成果。 信號分析的主要目的是尋找一種簡單有效的信號變換方法，使信號所包含的重要信息能顯現(xiàn)出來。小波分析屬于信號時頻分析的一種，在小波分析出現(xiàn)之前， 傅立葉 變換是信號處理領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛、效果最好的一種分析手段。傅立葉 變換是時域到頻域互相轉(zhuǎn)化的工具，從 物理意義 上講，傅立葉變換的實(shí)質(zhì)是把這個 波形 分解成不同頻率的正弦波的疊加和。正是傅立葉變換的這種重要的 物理意義 ，決定了傅立葉變換在信號分析和信號處理中的獨(dú)特地位。傅立葉變換用在兩個方向上都無限伸展的 正弦曲線 波作為正
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