基于LabVIEW的航空发动机振动状态监测及故障诊断系统设计

摘要

航空发动机是飞机的心脏，由于其结构复杂、工作条件恶劣，成为各类飞行事故的主要因素，因此对航空发动机进行状态监测和故障诊断就成为重要而迫切的任务。 本文以LMS公司的Testlab软件结构作为蓝本，同时参照东方所的DASP软件，在LabVIEW7.0虚拟仪器开发平台上开发出航空发动机振动的状态监测与故障诊断系统。系统按照功能划分为参数设置模块、数据采集存储及显示模块、幅域分析模块、时域分析模块、频域分析模块、时频分析模块和故障诊断模块。系统采用M公司提供的PCI-6024E数据采集卡进行信号采集，并按后序数据处理的要求分类存储二进制数据流文件和波形数据文件。针对发动机高速旋转的特点，讨论了航空发动机的故障产生机理和诊断方法，并采用经典数字信号处理方法和现代数字信号处理方法对存储数据进行分析。借助LabVIEW提供的功能节点以及MATLAB和C语言软件接口编制了更为灵活的绘图方式，实现信号的自相关、互相关、功率谱、倒谱、三维谱阵以及轴心轨迹等图谱的绘制，并依此来对航空发动机进行故障诊断。本文还对故障诊断系统的网络化设计作了初步的探讨和应用，并利用LabVIEW提供的网络节点和NI公司开发的Datasocket和Remote Panel技术，实现了网络连接和数据的实时发布。 本系统通过对数据采集卡生成的模拟信号的分析、实际转子实验台振动信号的采集与分析、以及与利用DASP软件进行实际航空发动机整机振动信号分析结果的对比研究得到验证。本系统采用模块化设计，具有良好的扩展性，可以实现对航空发动机转子部件振动信号的采集、显示和存储，并对振动状态实现监测，依据存储的数据进行分析和诊断，具有一定的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1航空发动机故障诊断技术的发展

1.2航空发动机振动信号分析

1.3虚拟仪器技术的发展

1.4本文的主要内容

第2章虚拟仪器

2.1测试技术的发展

2.2虚拟仪器的概念及LabVIEW开发平台

2.2.1虚拟仪器及LabVIEW开发平台简介

2.2.2虚拟仪器的构成及其分类

2.2.3通用虚拟仪器的实现

2.2.4虚拟仪器的网络化

2.3虚拟仪器的特点

2.4 LabVIEW与其它语言的接口方法

第3章信号的分析与处理

3.1信号分析基础

3.2信号预处理

3.2.1异常点的剔除

3.2.2中心化处理

3.2.3消除趋势项

3.2.4滤波

3.3经典信号处理方法

3.3.1幅域分析

3.3.2时域分析

3.3.3频域分析

3.4现代信号处理方法

3.4.1短时傅立叶变换

3.4.2 Gabor展开

3.4.3 Wigner-Ville分布

3.4.4 Cohen类时—频分布

3.4.5小波分析

3.5转子振动信号分析方法

3.5.1跟踪轴心轨迹

3.5.2波德(Bode)图

3.5.3极坐标图

3.5.4三维谱阵图(级联图)

3.5.5阶次比分析

3.5.6全息谱技术

第4章航空发动机转子系统振动故障机理与故障诊断

4.1转子不平衡的故障机理与振动特征

4.2转子不对中的故障机理与振动特征

4.3转子其他的常见故障及振动特征

4.4航空发动机故障诊断方法

第5章航空发动机振动状态监测与故障诊断系统设计

5.1数据采集及硬件选择

5.1.1传感器选择及安装

5.1.2数据采集卡

5.2软件模块设计与实现

5.2.1系统设置模块

5.2.2数据采集存储及显示模块

5.2.3幅域分析模块

5.2.4时域分析模块

5.2.5频域分析模块

5.2.6联合时频分析模块

5.2.7故障诊断模块

5.3网络连接与应用

5.3.1 TCP通信协议方式

5.3.2 Datasocket通信方式

5.3.3 Remote Panel通信方式

第6章振动监测及故障诊断系统的应用

6.1模拟典型信号的验证

6.2试验台上的验证

结 论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文