基于DSP的柴油机状态监测与故障诊断系统研究

论文摘要

柴油机结构复杂、零部件众多,在工作过程中,柴油机的很多系统都处于高温、高压等多种因素干扰的恶劣条件下。为了保证其工作过程中的可靠性,柴油机运行状态监测及在线故障诊断技术就变得非常必要。瞬时转速信号含有丰富的柴油机工况信息,能反映柴油机缸内工作状态,本文选择瞬时转速信号作为状态监测参数。DSP具有强大的数据处理能力和极高的运行速度,但在柴油机故障诊断方面的应用还很少。为此,本文建立了基于DSP的柴油机故障诊断与状态监测系统,设计了以TMS320F2812DSP高速处理芯片为核心的硬件电路,实现了柴油机瞬时转速等信号的采集、信号处理及柴油机运行状态分析,并应用极坐标分析方法对柴油机单缸熄火故障进行了诊断。针对柴油机单缸熄火故障,本文对瞬时转速信号分别采用FFT和极坐标分析方法进行了处理,并对两种分析结果进行了比较,跟FFT算法相比,极坐标法的优点在于它不仅能及时判断出缸内故障的发生,还能快速定位故障缸。根据系统要求,设计了以DSP高速处理芯片为核心的接口电路、瞬时转速和上止点采集电路、CAN总线通讯电路。并在CCS编程环境下,编写了瞬时转速、信号处理、CAN通讯程序。为了能够以图形方式直观显示柴油机运行状态,本文设计了基于LABVIEW的PC上位机监控系统,通过CAN总线数据传输,监控系统能实时地显示柴油机的瞬时转速曲线,极坐标监测状态以及各缸工作均匀性状态。最后,在C4108ZC53柴油机上对本文设计的故障诊断与状态监测系统进行了实验验证,结果表明,运用极坐标系的方法对柴油机缸内故障进行诊断,能够快速有效的实现缸内故障判断以及对故障缸的定位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 柴油机故障诊断技术的研究内容
• 1.2.1 故障诊断技术
• 1.2.2 柴油机故障诊断的研究内容
• 1.3 基于瞬时转速的柴油机故障诊断技术研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 系统方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 柴油机单缸熄火故障发生机理与诊断方法
• 2.2.1 柴油机单缸熄火故障发生机理
• 2.2.2 柴油机单缸熄火故障诊断方法
• 2.3 系统总体方案设计
• 2.4 DSP芯片简介
• 2.5 本章小结
• 第3章 柴油机单缸熄火故障诊断策略研究
• 3.1 瞬时转速的测量方法
• 3.2 瞬时转速信号的数字滤波
• 3.2.1 数字滤波器的功能以及分类
• 3.2.2 FIR数字滤波器的设计
• 3.3 基于FFT的故障诊断方法
• 3.4 瞬时转速的极坐标算法分析
• 3.4.1 极坐标变换
• 3.4.2 柴油机故障诊断方法
• 3.5 两种算法效果比较
• 3.6 本章小结
• 第4章 柴油机状态监测与故障诊断系统硬件设计
• 4.1 DSP芯片接口电路
• 4.1.1 电源及复位电路设计
• 4.1.2 JTAG接口与外部时钟电路设计
• 4.2 信号调理电路
• 4.2.1 瞬时转速信号调理电路设计
• 4.2.2 上止点信号调理电路设计
• 4.3 CAN总线通讯模块设计
• 4.3.1 F2812内置eCAN模块概述
• 4.3.2 CAN通信模块硬件电路设计
• 4.4 硬件抗干扰设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 柴油机状态监测与故障诊断系统软件设计
• 5.1 CCS编译环境简介
• 5.2 主程序设计
• 5.3 瞬时转速采集程序设计
• 5.3.1 事件管理器模块简介
• 5.3.2 程序设计
• 5.4 上止点信号判别程序
• 5.5 算法程序
• 5.6 CAN通信程序
• 5.7 本章小结
• 第6章 实验研究
• 6.1 基于LabVIEW的监控界面设计
• 6.1.1 CAN卡函数库的调用
• 6.1.2 监控界面程序设计
• 6.2 实验系统组成
• 6.2.1 柴油机类型
• 6.2.2 瞬时转速测量装置
• 6.2.3 数据处理与故障诊断系统
• 6.3 柴油机单缸熄火故障实验研究
• 6.3.1 实验准备
• 6.3.2 实验结果分析
• 6.4 各缸工作均匀性判定
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢