Введение к работе
13 решении актуальной проблемы повышения технико-экономического уровня и качества машин, оборудования, приборов, важное значение приобретают теоретические и экспериментальные исследования по созданию алгоритмическо-программного обеспечения систем спектрально- временной обработки виброакустических сигналов для решения задач диагностирования объектов.
Широкий интерес к спектрально-временным методам обработки
виброакустических сигналов при создании систем функционального
диагностирования объясняется в основном двумя причинами. Во-нерных
функциональное диагностирование технического состояния объектов по
результатам обработки виброакустического сигнала является "безразборным"
диагностированием (дефекты объектов выявляются без нарушения их работо
способности, во-вторых, внброакустнческий сигнал содержит важную
информацию о техническом состоянии объекта, которую сложно или
невозможно получить, используя другие методы диагностирования.
Анализ практически реализованных информационно-измерительных систем (ИИС) спектрально-временной обработки виброакустических сигналов как у н»с в стране так и за рубежом, выявил две яркие тенденции. Во-первых, ориентация на ЭВМ с развитой системой периферийных устройств, во-вторых, ширское применение спектрально-временной обработки сигналов хорошо зарекомендовавших себя в других предметных областях (не в области виброакустическо'о диагностирования). Данный подход наряду с достоинствами (возможность использования больших объемов данных, развитого алгоритмическо-программного обеспечения) обладает п существенными недостатками. ИИС спектрально-временной обработки виброакустических сигналов, реализующие две вышеуказанные тенденции весьма сложно, а подчас, и невозможно внедрить в производство но следующим причинам.
С одной стороны, ориентация на ЭВМ при создании ИКС спеїпр.ілі.но-времетшой обработки виброакустических сигналов приводит:
к потере оперативности диагностирования и существенной аашіснмогш надежности получаемых результатов от помехоустойчивости достаточно протяженного канала "объект - ЭВМ";
возрастанию затрат на внедрение ИИС данного класса, которые часто ш окупаются 2*})фектмішпсті>ю инброакустического функционального ДПіІІТІОСІИ ровання.
С другой стороны, ориентация на применение изне.стных методи» спектрально-временной обработки к анализу виброаку<тич*хк«ч сигналов ие
позволяет пойти путем создания ИИС спектрально-временной обработки на бязе средств микропроцессорной техники в силу специфики виброакустического сигнала. Действительно виброакустический сигнал является случайным процессом смешанного типа, т.е. кроме чисто случайного процесса содержит и квазидетерминированные почти-периодические составляющие. Анализ такого класса сигналов универсальными' методами спектрально-временной обработки требует значительного быстродействия и обьемо» памяти, а то время как ресурсы средств микропроцессорной техники ограничены. Кроме того переход к ИИС спектрально^временной обработки на базе средств микропроцессорной техники существенно повышает предъявляемые требования. Если ИИС спектрально-временной обработки ориентированные на ЭВМ работают обычно в пакетном режиме, то аналогичные ИИС на базе средств микропроцессорной техники, как правило, должны обеспечивать интерактивный (диалоговый) режим работы.
В связи с изложенным возникает- актуальная проблема исследования и разработки алгоритмов спектрально-временной обработки виброакустических сигналов для решения задач функционального диагностирования объектов в условиях производства.
Цель работы и задачи исследований
Основной целью работы является системный анализ задачи построения ИИС спектрально-временной обработки виброакустических сигналов, разработка алгоритмов спектралыю-виеменного анализа внброакустических сигналов, программная реализация и внедрение микропроцессорной ИИС спектрально-временной обработки виброакустических сигналов.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе решаются следующие основные задачи:
- системный анализ задачи построения микропроцессорной ИИС
спектрально-временной обработки виброакустических сигналов;
- выбор и обоснование методов спектрально-временного анализа;
- разработка алгоритмов спектрально-временной обработки вибро
акустических сигналов на основе выбранных методов анализа;
- исследование и разработка элементов программного информационного
и технического обеспечения ИИС ДИАССЛ, а также вопросов
аппаратного решения прибора ВИАДО.
Методы исследования. Решение поставленных задач базировалось на применении методов цифровой обработки сигналов, теории вероятностей, случайных процессов, математической статистики, математического аппарата
теории матриц и теории графов, а также метода параметрического дискретного преобразования Фурье.
Научная новизна. Основные научные результаты работы сводятся к следующему:
-
На основе исследования параметрического дискретного преобразования Фурье даны теоретические предпосылки обобщения данного преобразования.
-
Проведено теоретическое исследование и обоснование выбора метода модифицированного параметрического преобразовать Фурье в качестве инструмента спектрально-временной обработки внброакугтнческнх сигналов.
-
Разработана методика интерполяции виброакустического сигнала во временной области на базе метода модифицированного параметрического дискретного преобразования Фурье, применение которой позволяет повысить эффективность обработки виброакустичееких сигналов во временной области.
-
Разработан новый метод спектрального анализа виброзкустических сигналов с повышенным разрешением в частотной области.
5; На основе метода прямого и обратного модифицированного параметрического дискретного преобразования 4>урье впервые разработаны следующие алгоритмы спектрально-временной обработки виброакустичееких сигналов:
алгоритмы быстрого прямого модифицированного параметрического дискретного преобразования комплексных и дейетаительиых последовательностей;
алгоритмы быстрого обратн&го модифицированного параметрического дискретного преобразования Фурье;
- алгоритм спектрального анализа виброакустичееких сигналов с
повышенным рззреніение.м в частотной области.
Практическая ценность
разработаны конкретные алгоритмы, спектрально-временного анализа виброакустических сигналов на базе модифицированного параметрического дискретного преобразования Фурье, дана их практическая реализация в виде программного обеспечения ИИС;
практически реализованы принципы организации и построения ИИС. спектрально-временной обработки виброзкустических сигналов на базе средств микропроцессорной техники;
разработаны и внедрены ИИС ДИАССА и прибор ВИЛДО, использование которых позволяет выявлять потенциально ненадежные зкземпляры объектов, недостатки их конструкций н "узкие" места технологически* процессов изготовления, сборки и монтажа.
Реализация в промышленности. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использовались в научно-исследовательских работах, проводимых в лаборатории вибрационной и акустической диагностики Ижевского государственного -технического университета ь рамках региональных научно-технических программ.
Разработанная диалоговая микропроцессорная ИИС ДИАССА и диагностический прибор ВИАДО внедрены на ГП "Механический завод", АО "Ижмаш", г. Ижевск, для диагностирования двигателей мотоциклов. Ллгорнтмичсско-программный комплекс но обработке виброакустических сигналов внедрены на государственном заводе Ижмаш. Реализация в промьішлепноіягн подтверждается актами о Бнедрении и практическом использовании приведенными и в диссертационной работе.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на третьем Всесоюзном симпозиуме по вероятностным автоматам (г. Казань, 1983 г.); Всесоюзной конференции По методам ісонтроля (г. Рига, 1984 г.); Всесоюзной конференции по методам и миьро.члектроиным з'стройствам цифрового преобразования и обработки информации (г. Москва, 1985 г.); Всесоюзной научно-технической конференции по автоматизированному проектированию механоэлектронных систем (г. Устинов,1985 г.); Всесоюзной научно-технической конференции по вибрации и диагностике машин и механизмов (Челябинск, 1990 Г.); Всесоюзном научно-техшічееком совещании по совершенствованию, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту техники ні основе стандартизации в области технической диагностики (Нижний Новгород, 1991 г.); Всесоюзной научно-технической конференции по виброактивности зубчатых передач (Челябинск, 1990 г.); Конференциях профессорско-преподавательского , состава Устшіоііскоіо механического института (г. Устинов, 1983-1986 г.); научно:-практических конференциях "Ученые ИМИ - производству 19S7-J994 г. к 1995 г., 1996 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из ьиедення, четырех глав и заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста; содержит 33 рисунка и 1 таблицу; список исполь-.юалнной литературы, включающий 121 наименование и '4 приложения.
Основные положения, выносимые на защиту:
- обоснование выбора метода модифицированного параметрического
дискретного преобразования Фурье для обработки виброакустическнх
сигналов;
алгоритмы спектрально-временного анализа виброакустнческих сигналов ::а блзс «сдкфпцНрОййнпига параметрического дискретного преобразования Фурье;
методика интерполяции виброакустического сигнала на базе обратного модифицированного параметрического дискретного преобразования Фурье;
метод спектрального анализа виброакустических сигналов с повышенным разрешением в частотной области;
реализация принципов построения и технологии организации микропроцессорной ИИС ДИАССА и диагностического прибора ВИАДО и результаты их внедрения в промышленность.