基于 FPGA 的振动分析仪设计
日常生活中任何旋转设备在运行中都会产生振动,通常情况下振动是有害的,会对设备造成损坏甚至引起严重事故.振动信号作为故障特征的载体,其中包含了丰富的机械运行状态信息,因此,振动信号的准确分析与处理对于旋转机械的状态监测、质量评估和故障诊断具有非常重要的意义.设备的振动信号通常都是非线性、非平稳类信号,传统分析方法对它的分析能力具有非常大的局限.黄锷等人于1998年提出的Hilbert-Huang变换以其在处理非平稳随机信号方面的强大优势脱颖而出,十几年来,已被应用到海洋数据、地震信号和设备状态检测与诊断领域.FPGA技术在数字信号方面具有强大的处理和计算能力,凭借其内部高速的并行机制以及丰富的逻辑资源,能够完成诸如FFT、HHT这样的高级算法的硬件实现,完成对振动信号进行高速、高效和实时的分析与处理.鉴于此,本文以FPGA技术为信号处理平台,重点研究了以Hilbert-Huang变换为核心算法的振动分析仪的设计与实现,主要的研究内容如下:(1)研究了目前流行的各种振动分析方法的利弊,深入研究了Hilbert-Huang变换的基本原理;深刻理解经验模态分解的流程,为每一步的实现选取合适的算法;领悟Hilbert变换的本质,研究其结构的优化方法.(2)研究了系统的设计需求,综合考虑了设计过程中算法实现的运算量、采集过程中数据的存储量以及传到过程中的数据传输量,合理的进行芯片选型、引脚与资源的分配、组件选取和任务分配.(3)设计并实现了以三次样条插值法为核心的包络线拟合方法、以多项式拟合为核心的端点效应抑制方法,很好的实现了信号的经验模态分解;深刻理解Hilbert变换的工程本质,以分布式算法为基础实现Hilbert滤波器,同时利用FIR滤波器的线性相位特性和分割查找表的方法对其结构进行优化.(4)利用不同的仿真信号对设计进行了验证,与MATLAB仿真结果进行类比,表明了设计的正确性和有效性.最后,将设计应用于实际的工业电机的振动监测,通过分析相应的图谱,对电机工作状态进行诊断.
- 作者：
- 韩国齐
- 学位授予单位：
- 辽宁科技大学
- 专业名称：
- 控制科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 陈志彬
- 中图分类号：
- TH825
- 关键词：
- 旋转机械；振动分析；FPGA；Hilbert-Huang变换
- Rotating Machinery； Vibration Analysis； FPGA； Hilbert-Huang Transform