張嫻+史朋波+張江濤

摘 要：研究旋轉機械零部件的故障診斷方法，提出一種基于LabVIEW系統(tǒng)調用MATLAB程序的旋轉機械故障診斷方法。主要介紹AIC9000轉子試驗臺與虛擬儀器設備的組合應用，結合LabVIEW、MATLAB軟件、EMD方法等，以軸承點蝕故障為例論述了該方法在旋轉機械設備故障診斷領域的應用。

關鍵詞：LabVIEW；旋轉機械；EMD；故障診斷

中圖分類號：TH164 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0052-02

引言

近年來，虛擬儀器軟件開發(fā)平臺在機械設備領域的成功應用，對機械關鍵部件的人工智能化故障診斷起到推動作用。本文結合虛擬儀器設備和AIC9000轉子試驗儀器搭建平臺，研究一套應用LabVIEW軟件、MATLAB軟件和EMD方法的旋轉機械設備狀態(tài)監(jiān)測、分析系統(tǒng)。從實際工況出發(fā)，對設備監(jiān)測故障預判有一定的指導作用。

1 LabVIEW數(shù)據采集系統(tǒng)

試驗臺搭建：有AIC9000多功能轉子試驗臺、布點8組傳感器、調理信號組件和LabVIEW虛擬儀器設備。

系統(tǒng)的程序設計基于NI-LabVIEW，實現(xiàn)對AIC9000轉子設備及相關診斷儀器的改進設計，易于設備的升級和維護。AIC多功能轉子系統(tǒng)和LabVIEW主機：Model：PXle-1078，PRODUCT OF MALAYSIA。

1.1 搭建LabVIEW平臺

將8通道傳輸接口與調理信號模塊連接，數(shù)字采集卡、信號處理卡等模塊化的PXI板卡插入虛擬儀器主機箱中，機箱連接顯示器。

1.2 LabVIEW軟件程序設計

在程序框圖窗口編程，程序匯編數(shù)據流設計包括通道設置→定時設置→觸發(fā)設置→信息采集→分析設置→記錄設置等。數(shù)據流向即為LabVIEW軟件程序執(zhí)行的順序，按箭頭方向依次連接各程序框圖節(jié)點，其中信號采集部分和分析部分是信號調理、振動診斷并分析等最為重要。

1.3 DAQ數(shù)據采集

程序設計采用NI-DAQmx編程，常用數(shù)據采集VI有DAQmx創(chuàng)建虛擬通道VI、DAQmx讀取VI、DAQmx寫入VI、DAQmx定時VI、DAQmx觸發(fā)VI、DAQmx開始任務VI、DAQmx清除任務VI等。

2 經驗模態(tài)分解法（EMD）

旋轉機械相關的傳統(tǒng)故障診斷方法準確度較低，結合經驗猜測估計得出大概故障類型及部位。EMD方法是一種自適應較好的時頻分析法，其基本思想是將原始振動信號分解成一系列IMF的組合，再根據實際需要，對各個IMF進行希爾伯特變換組成時頻譜圖進行分析。

在虛擬程序系統(tǒng)的設計中，為提高故障信號的特征提取以及包絡分析的準確性，應用HHT變換的EMD分解，將EMD程序以m.文件保存，并通過LabVIEW程序調用MATLAB軟件的m.文件進行信號分析。

3 LabVIEW系統(tǒng)信號分析編程

在設計系統(tǒng)時，結合了MATLAB軟件強大的數(shù)學分析計算和圖形繪制功能的優(yōu)勢， 在LabVIEW編程時調用MATLAB命令。兩種軟件的嵌套使用強強聯(lián)合，既進化了LabVIEW的復雜編程又發(fā)揮出了MATLAB在機械信號診斷分析方面的優(yōu)勢，提升計算速度。

3.1 EMD的m.文件程序

應用MATlAB軟件編寫function 函數(shù)語句function plot_hht（x，imf，Ts）% Plot the HHT.，并在MATLAB軟件中File>>Set Path…>>Add Folder，將其添加保存到MATLAB函數(shù)中。

設置自適應的數(shù)據長度j和循環(huán)次數(shù)i等，結合使用for循環(huán)-if語句等實現(xiàn)IMF的分量提取。

3.2 創(chuàng)建MATLAB腳本節(jié)點

程序設計使用了最為快捷的m.文件調用方法，即直接調用NI-LabVIEW2014軟件中的MATLAB Script節(jié)點。調用步驟為：在程序框圖右擊鼠標，執(zhí)行all functions> > analyze> > mathematics> > formula> > matlab script操作，在程序框圖中拖拽鼠標建立一個大小合適的MATLAB腳本節(jié)點，右擊鼠標，設置程序框圖輸入和輸出變量的數(shù)量，然后調用EMD程序代碼的m.文件，最后完成連線。MATLAB腳本文件的創(chuàng)建圖如圖1。

3.3 EMD在LabVIEW中的實現(xiàn)

使用本系統(tǒng)對AIC轉子試驗臺進行智能分析，在齒輪箱中安裝故障齒輪，針對齒輪故障產生的振動信號進行8分量的IMF分解結果如圖2所示。

從圖2中可以看出點蝕I和點蝕II兩種故障的8組信號數(shù)據經過EMD分解的IMF1～IMF8結果；點蝕信號柱狀圖對比正常齒輪信號特征其故障直觀、明顯。

4 結束語

LabVIEW平臺具有有良好的擴展性，性價比較高，在科研和實際工程中得到了廣泛的應用。從實際出發(fā)，根據旋轉機械設備故障診斷的實際要求，構建LabVIEW軟件平臺，合理安裝多傳感器進行信號采集，運用虛擬儀器設計在線采集、分析、預測診斷。EMD方法、MATLAB軟件與LabVIEW三者的結合，在診斷速度、分析準確性、程序設計的快捷性等方面都表現(xiàn)出了很強的優(yōu)勢，也將是未來的一個發(fā)展方向。

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