1．目的及意义

1.1研究的目的和意义

船用柴油机作为船舶的动力之源，将燃料中的化学能转变为船舶所需的机械能、电能和热能以满足船舶的需要。作为一种往复式动力机械，柴油机朝着大型化、高速化和高自动化的方向发展。其工作性能也不断改善，提高效率的同时降低了成本和能耗。但是，船用柴油机在高温、高压、强腐蚀等情况下工作，条件十分恶劣，一旦出现某一部件的故障，会影响整台设备的运行，带来巨大的经济损失的同时可能危及到船上的人员的安全。所以对船舶进行状态监测及故障诊断具有十分重要的现实意义。

对柴油机进行故障诊断不仅能够及时地防止事故的发生，而且还能带来巨大的经济效应：首先，它能够帮助工作人员及时地发现故障及探明故障发生的原因，有计划、有目的地对柴油机进行维修，提高设备和人员的工作效率，获得最佳的经济效益；其次，船舶发动机属于大型动力机械，一旦出现故障会造成机毁人亡，故障检测与诊断，可以保证工作的安全性和可靠性，避免事故的发生。

发动机状态诊断最常用的方法是测量其缸内的压力，这种方法可以直观的显示发动机的性能和燃烧过程的状态。然而，它是一种侵入式的探测方法，仅适用于有旋塞的发动机，此外，废气温度高、烟尘大，所以精密的传感器无法长时间暴露在废气中，无法一直对发动机进行状态监测。作为一种非侵入式检测方法，瞬时转速信号中有着非常丰富的柴油机工作状态信息，而且信号获取方便，成本低廉，可以通过多缸机不同缸瞬时转速波动特征参数的对比来进行故障诊断。通过利用瞬时转速信号对船舶进行持续监测具有非常强的操作性。

1.2国内外研究现状

柴油机故障诊断技术是一门综合性学科，在上世纪60世纪起源于美国，其方法主要有振动分析法、性能参数法、油液分析法和瞬时转速分析法等。其中瞬时转速分析法始于20世纪70年代，因为其有很多优点而被广泛应用，涉及到的知识领域诸如数据与信号处理技术、电子信息技术、模式识别、神经网络技术等。瞬时转速法的研究一般分为波形分析法和扭矩分析法两大类。波形分析法直接对瞬时转速波动信号进行分析，从波形中提取出诸如瞬时角速度，瞬时角加速度等特征参数，然后利用特征参数对比进行故障诊断；扭矩估计法是指通过建立柴油机线性或非线性动力学模型，根据瞬时转速信号反演气体压力扭矩，进而判断失火故障及故障程度。

在国外，美国麻省理工大学所研究的DEUCE评价系统是利用信号处理与分析技术通过提取机器内部的振动信号等特征信息，建立其与缸内压力联系，从而达到故障诊断的目的；德国的MAN公司针对大型船用二冲程发动机开发出来CAPA（人工判断专家系统），其工作原理是根据专家指示建立精确的计算机仿真模型，，然后将从传感器处得到的信号导入进去对比分析从而得到结果；此外，挪威的KYMA公司研制的‘Marine Performance Monitoring’系统通过测取气缸内平均有效指示压力进而对柴油机进行性能分析。

我国自从20世纪80年代开始，在大型船用柴油机领域取得了丰硕的成果，其中最具代表的是由武汉理工大学研制的“海洋救助船状态监测和故障诊断系统”。其融合了热工参数监测、瞬时转速监测油液监测和振动监测等方法，可以对主机，齿轮箱，发电机在线监测，并利用区域网建立了对设备运行状态的长期跟踪系统。武汉理工大学的王志华教授通过研究高压油管泄露等故障状态下瞬时转速信号和柴油机表面振动之间的关系，并将自适应神经网络技术用于柴油机故障分类。余永华教授建立的瞬时转速仿真模型，分析了在雾化不良、活塞缸套磨损等情况下的热力参数、瞬时转速及气缸压力的情况，通过MATLAB模糊工具达到了故障分类及识别的目的

1.3故障诊断现阶段存在的问题