齒輪系統(tǒng)的非線性動力學與故障診斷

“非線性動力學叢書”序

前言

第1章緒論

1.1齒輪系統(tǒng)的非線性動力學

1.1.1齒輪系統(tǒng)非線性動力學行為的解析研究

1.1.2齒輪系統(tǒng)非線性動力學行為的數(shù)值研究

1.1.3齒輪系統(tǒng)非線性動力學行為的實驗研究

1.1.4考慮齒面摩擦及故障的齒輪系統(tǒng)的非線性動力學

1.2齒輪系統(tǒng)的故障診斷

1.2.1平穩(wěn)信號處理技術

1.2.2現(xiàn)代信號處理技術

參考文獻

第2章基于增量諧波平衡法的齒輪系統(tǒng)非線性動力學

2.1引言

2.2第一類齒輪模型的非線性動力學

2.2.1系統(tǒng)的運動微分方程

2.2.2基于增量諧波平衡法的周期解

2.2.3分岔特性及參數(shù)研究

2.3第二類齒輪模型的非線性動力學

2.3.1系統(tǒng)的運動微分方程

2.3.2基于增量諧波平衡法的周期解

2.3.3系統(tǒng)參數(shù)對周期解類型的影響

2.3.4系統(tǒng)參數(shù)對幅頻曲線的影響

2.4第三類齒輪模型的非線性動力學

2.4.1系統(tǒng)的運動微分方程

2.4.2基于增量諧波平衡法的周期解

2.4.3計算結果與分析

參考文獻

附錄一各參數(shù)的物理意義

附錄二一階近似時Jacobi矩陣和殘余向量的顯式

第3章故障齒輪系統(tǒng)動力學

3.1含輕微磨損故障的齒輪動力學

3.1.1系統(tǒng)的運動微分方程

3.1.2仿真結果及分析

3.2含裂紋故障的齒輪動力學

3.2.1系統(tǒng)的運動微分方程

3.2.2仿真結果及分析

3.3基于ANSYS軟件的故障齒輪特性分析

3.3.1齒輪的三維有限元模型

3.3.2無故障齒輪的有限元分析

3.3.3含裂紋故障齒輪的有限元分析

參考文獻

第4章分數(shù)Fourier變換在齒輪故障診斷中的應用

4.1分數(shù)Fourier變換的定義、性質及快速算法

4.1.1分數(shù)Fourier變換的定義

4.1.2分數(shù)Fourier變換的性質

4.1.3典型信號的分數(shù)Fourier變換

4.1.4離散FrFT及FrFT的快速算法

4.2 FrFT用于信噪分離的思想

4.3基于分數(shù)Fourier交換的盲信號分離新方法

4.3.1基于聯(lián)合對角化的盲信號分離技術的統(tǒng)一框架

4.3.2分數(shù)Fourier變換的新性質

4.3.3基于分數(shù)Fourier變換的盲信號分離新方法

4.4基于分數(shù)Fourier變換的自適應信號降噪新方法

4.4.1新方法的原理

4.4.2數(shù)值算例

參考文獻

第5章分數(shù)小波變換在齒輪故障診斷中的應用

5.1分數(shù)樣條小波變換的定義、性質及快速算法

5.1.1小波變換的定義

5.1.2分數(shù)樣條小波變換的定義

5.1.3分數(shù)小波變換在信號處理與故障診斷中應用的可行性

5.2基于模極大值的分數(shù)小波降噪方法及應用

5.2.1小波變換檢測信號奇異性和信號重構

5.2.2分數(shù)小波與傳統(tǒng)小波在檢測信號奇異性方面的不同性質

5.2.3基于模極大值重構的分數(shù)小波降噪方法

5.3基于分數(shù)小波變換的自適應降噪方法及應用

5.3.1自適應濾波器

5.3.2數(shù)值算例

5.4基于空域相關特性的分數(shù)小波變換新方法

5.4.1基本理論

5.4.2分數(shù)B樣條小波空域相關閾值的設定

5.4.3數(shù)值仿真信號分析

參考文獻

第6章基于Gabor變換的故障診斷方法

6.1Gabor變換的基本理論

6.1.1連續(xù)Gabor變換

6.1.2離散Gabor變換

6.1.3Gabor變換的基函數(shù)

6.2Gabor變換的閾值選取方法

6.2.1基于Gabor變換的信號降噪原理

6.2.2數(shù)值仿真

6.3基于Gabor變換的盲分離新方法

6.3.1基于Gabor變換的盲分離原理

6.3.2數(shù)值仿真

6.3.3實驗驗證

6.4基于Gabor變換的欠定盲分離新方法

6.4.1常見信號的Gabor譜分布規(guī)律及源信號數(shù)目估計

6.4.2基于Gabor逆變換的重構升維

6.4.3數(shù)值仿真

6.4.4實驗驗證

6.5Gabor變換的自適應消噪方法

6.5.1AMGTD方法

6.5.2AFMGTD方法

6.5.3數(shù)值仿真

6.5.4實驗驗證

參考文獻

第7章基于奇異值分解的信號降噪方法

7.1奇異值分解的定義和時間序列分析方法

7.1.1奇異值分解的定義

7.1.2時間序列的相空間重構

7.2改進的奇異值降噪方法及在調制信號處理中的應用

7.2.1常見信號的奇異值分布特性

7.2.2改進的奇異值降噪方法

7.2.3數(shù)值仿真

7.2.4實驗驗證

7.3基于奇異值分解的欠定盲信號分離方法

7.3.1方法簡介

7.3.2數(shù)值仿真信號

7.3.3實驗驗證

參考文獻

索引

“非線性動力學叢書”已出版書目

《齒輪系統(tǒng)的非線性動力學與故障診斷》由申永軍，楊紹普著，科學出版社出版?！洱X輪系統(tǒng)的非線性動力學與故障診斷》適用于研究機械系統(tǒng)動力學與故障診斷的讀者，包括機械、航空、車輛、交通、冶金、力學、電力、化工等相關學科的本科生、研究生、教師、科研人員和相關的工程技術人員等。

本書圍繞齒輪傳動系統(tǒng)的動力學和故障診斷展開研究，主要內(nèi)容包括利用增量諧波平衡法研究含間隙和時變剛度的齒輪副的任意階周期解、解析和數(shù)值研究含輕微故障的齒輪系統(tǒng)動力學、基于分數(shù)Fourier變換的齒輪故障診斷方法、基于分數(shù)小波變換的齒輪故障診斷方法、基于Gabor變換的齒輪故障診斷方法、基于奇異值分解的齒輪故障診斷方法等。該書緊緊圍繞國內(nèi)外的學術熱點展開，既有嚴密的理論分析，又有詳實的數(shù)值仿真和實驗驗證。

本書結合工程實踐，全面系統(tǒng)地對軌道交通齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷進行了闡述。具體內(nèi)容包括：狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的常用術語、軌道交通齒輪箱典型故障與振動噪聲產(chǎn)生機理、軌道交通齒輪箱故障振動特征、軌道交通齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷器、軌道交通齒輪箱故障診斷方法、故障診斷專家系統(tǒng)原理、齒輪箱狀態(tài)測評標準等。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅動設計》介紹了基本的統(tǒng)計過程監(jiān)控、故障診斷和控制方法，并介紹了適應動態(tài)工業(yè)過程需求的故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的先進數(shù)據(jù)驅動設計方案。隨著對技術過程和資產(chǎn)的可靠性、可用性以及安全性的要求不斷提高，過程監(jiān)控和容錯已成為自動化控制系統(tǒng)設計中的重要環(huán)節(jié)。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅動設計》向讀者展示了目前由于信息技術的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)驅動和統(tǒng)計過程監(jiān)控與控制的關鍵技術如何廣泛應用于工業(yè)實踐中來解決這些問題。

為了便于自主研究和實際應用，《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅動設計》包含了重要的數(shù)學與控制理論知識以及相關工具。主要方案以算法形式給出，并在工業(yè)案例的系統(tǒng)中演示。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅動設計》將引起過程與控制工程師、工程專業(yè)的學生和控制工程研究人員的興趣。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅動設計》旨在報告和鼓勵控制工程技術的傳播。控制技術的飛速發(fā)展對控制學科的各個領域產(chǎn)生影響。

《故障診斷與容錯控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅動設計》為研究人員提供了一個機會，讓他們在工業(yè)控制的各個方面展示新的工作成果。

第一章 概述

1.1 問題的提出

1.2 故障診斷

1.2.1 故障診斷的任務及其研究的內(nèi)容

1.2.2 系統(tǒng)故障的特征量及其獲取

1.2.3 故障的決策與分離方法

1.2.4 故障診斷的方法

1.3 容錯控制

1.3.1 魯棒容錯控制

1.3.2 重構容錯控制

1.4 容錯控制和故障診斷技術中存在的問題及其發(fā)展趨勢

參考文獻

第二章 基于觀測器的故障診斷

2.1 引言

2.2 故障檢測觀測器的特征結構配置方法

2.3 基于矩陣奇異值分解的魯棒故障檢測觀測器和基于魯棒觀測器的故障診斷

2.3.1 問題的描述

2.3.2 基于矩陣奇異值分解的魯棒觀測器設計

2.3.3 基于多重模型假設下的并行魯棒觀測器殘差輸出的故障分離

參考文獻

第三章 基于參數(shù)估計的故障診斷

3.1 引言

3.2 基于模參一物參關聯(lián)方程靈敏度分析的故障模式識別

3.3 變結構變參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)估計

3.4 變結構變參數(shù)系統(tǒng)辨識的自適應算法

3.5 基于參數(shù)估計和人工神經(jīng)網(wǎng)絡的動態(tài)測試與故障診斷的原理

3.5.1 基于參數(shù)估計和人工神經(jīng)網(wǎng)絡的動態(tài)測試與故障診斷的原理

3.5.2 應用實例——基于參數(shù)估計和人工神經(jīng)網(wǎng)絡的某導彈姿態(tài)控制系統(tǒng)動態(tài)測試與故障診斷系統(tǒng)

參考文獻

第四章 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的故障診斷

4.1 引言

4.2 多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡和一種改進的多層前向網(wǎng)絡快速學習算法

4.2.1 多層前向網(wǎng)絡的結構及數(shù)學描述

4.2.2 一種多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡的結構自調整算法

4.2.3 誤差的后向傳播原理及BP學習算法

4.2.4 一種改進的快速誤差后向傳播學習算法（FI彈）

4.3 基于BP和FBP學習算法的多層前向網(wǎng)絡在故障診斷中的應用

參考文獻

第五章自適應模糊邏輯系統(tǒng)和基于自適應模糊邏輯系統(tǒng)的故障診斷

5.1 引言

5.2 模糊邏輯的數(shù)學基礎

5.3 自適應模糊邏輯系統(tǒng)及基于自適應模糊邏輯系統(tǒng)的故障診斷

5.3.1 自適應模糊邏輯系統(tǒng)的數(shù)學描述

5.3.2 自適應模糊邏輯系統(tǒng)的函數(shù)逼近能力分析

5.3.3 自適應模糊邏輯系統(tǒng)的梯度下降學習算法

5.3.4 基于模擬退火的自適應模糊邏輯系統(tǒng)學習算法

5.3.5 自適應模糊邏輯系統(tǒng)的最近鄰學習算法

5.3.6 自適應模糊邏輯系統(tǒng)的競爭學習算法

5.3.7 基于自適應模糊邏輯系統(tǒng)的建模與故障診斷實驗研究

參考文獻

第六章 基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法

6.1 引言

6.2 專家系統(tǒng)的建造

6.3 知識的表示與獲取

6.3.1 知識的表示

6.3.2 知識的獲取

6.4 推理機

6.4.1 推理策略

6.4.2 推理控制策略

6.5 應用實例

6.5.1 系統(tǒng)的結構

6.5.2 基于SM智能檢測的某運載火箭實時在線監(jiān)測

6.5.3 基于STD實時在線監(jiān)測的故障診斷專家系統(tǒng)

6.5.4 系統(tǒng)的功能特點、應用情況及結論

參考文獻

第七章 邏輯診斷與故障樹分析

7.1 邏輯診斷

7.1.1 邏輯代數(shù)

7.1.2 故障診斷中的邏輯問題

7.1.3 故障的邏輯診斷

7.2 故障的故障樹分析方法

7.2.1 故障樹的建造與數(shù)學描述

7.2.2 敵障樹的定性分析

7.2.3 故障樹的定量計算

參考文獻

第八章 應用信息量確定最佳檢測步驟和最佳故障特征集

8.1 引言

8.2 信息及其度量與計算

8.2.1 熵函數(shù)

8.2.2 信息及其度量

8.3 用信息量的方法確定最佳故障特征集和最佳診斷步驟

參考文獻

第九章 系統(tǒng)動態(tài)行為的Petri網(wǎng)描述及基于Petri網(wǎng)的故障診斷

9.1 Petri網(wǎng)的基本概念

9.2 邏輯運算的Petri網(wǎng)建模

9.3 Petri網(wǎng)的簡化

9.4 基于Petri網(wǎng)模型的系統(tǒng)分析

9.4.1 由Petri打網(wǎng)模型求系統(tǒng)失效率

9.4.2 由Petri網(wǎng)模型求系統(tǒng)的最小路集與最小割集

9.5 基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)狀態(tài)動態(tài)變遷的描述與求解

9.5.1 基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)狀態(tài)動態(tài)變遷的關聯(lián)矩陣求解法

9.5.2 基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)狀態(tài)動態(tài)變遷的梯形圖求解法

9.6 基于Petri網(wǎng)的故障診斷

參考文獻

第十章 基于同時穩(wěn)定的容錯控制

10.1 引言

10.2 基于互質分解的多重系統(tǒng)同時穩(wěn)定容錯控制設計

10.2.1 基于互質分解的同時穩(wěn)定問題的數(shù)學描述

10.2.2 基于穩(wěn)定的互質分解的同時穩(wěn)定控制器設計

10.3 基于Hunwitz穩(wěn)定性理論和非線性優(yōu)化的容錯控制

10.4 應用仿真

10.4.1 某導彈姿態(tài)控制系統(tǒng)數(shù)學模型描述

10.4.2 同時穩(wěn)定控制器設計

參考文獻

……

第十一章 基于H。?？刂频亩嘧兞肯到y(tǒng)完整性設計

附錄

參考文獻