1.1故障识别技术的国内外研究现状

故障检测与诊断技术(Fault Detection and Diagnosis, FDD)经历了40余年的发展，在化工、制药、半导体、机器人、油气管线、航空航天等领域得到了广泛研究和成功应用。国际上每年发表的有关故障诊断技术的论文和报告都在数千篇以上。

美国宇航局于1967年宣布成立机械故障预防小组(Machinery Fault PreventionGroup, MFPG)，标志着美国开始着手研究故障检测与诊断技术。美国在诊断技术及各分支技术中占有领先地位，西屋电气公司为旗下产品研发的三套人工智能诊断软件(汽轮机TurbinAID，发电机GenAID，水化学ChemAID)保障了其所产机组的安全运行。本特利，惠普等美国企业的监测产品基本上代表了当今诊断技术的最高水平，除了具有完善的监测功能之外还具有较强的诊断功能，现已广泛应用在航天、军事、化工等领域。

英国于20世纪70年代成立了机械保健中心(Machine Health Monitoring Center, MHMC)。目前英国在摩擦磨损、汽车、飞机发动机监测和诊断方面仍具有领先的地位。此外，欧洲其他国家的诊断技术发展也各具特色。如瑞典SPM公司的轴承监测技术，AGEMA公司的红外热像技术；挪威的船舶诊断技术；丹麦的Bamp;K公司的振动、噪声监测技术等等。

日本三菱重工等民办企业在旋转机械故障诊断方面开展了系统的工作，所研制的“机械保健系统”在汽轮发电机组故障监测和诊断方面已经起到了有效的作用。目前，日本在钢铁、化工等民用工业中的诊断技术占有优势。

我国的故障检测与诊断技术发展起步相较于欧美国家晚了10年左右，南京于1983年举办了首届设备诊断技术专题座谈会，中国自动化学会技术过程的故障诊断与安全性专业委员会于1999年批准成立，在每单数年召开全国学术会议及全体委员工作会议，每偶数年召开战略研讨会。目前我国在一些特定设备的诊断研究方面很有特色，形成了一批自己的监测诊断产品，且比较集中于大型旋转机械故障诊断系统。目前我国已经开发了20种以上的机组故障诊断系统和十余种可用来做现场故障诊断的便携式现场数据采集器。其中，透平发电机、压缩机的诊断技术已列入国家重点攻关项目并受到高度重视。比较具有代表性的成果有西安交通大学的“大型旋转机械计算机状态监测与故障诊断系统”；哈尔滨工业大学的“机组振动微机监测和故障诊断系统”；东北大学设备诊断工程中心的“轧钢机状态监测诊断系统”和“风机工作状态监测诊断系统”等。

1.2研究（设计）的目的

旋转机械是现代国民生产中最重要的一种机械，一旦发生事故将会造成巨大的损失。转子作为旋转机械的核心部件，也是发生故障的主要部位。本设计的目的，就是利用软件平台，结合传感器，数据采集卡等硬件，设计开发一套转子故障监控系统，实现对故障转子的信号采集、特征识别和故障原因，最后通过转子试验台对该系统的各项功能进行验证。

1.3研究（设计）的意义

转子是旋转机械的核心部件，同时也是故障发生的主要部位。转子部位常见的故障有质量不平衡、轴弯曲、轴系不对中、转子动静碰摩、连接件松动、油膜涡动及油膜振荡等等。转子一旦发生故障，势必引起机械的性能下降或是功能的部分缺失，极有可能引起连锁反应导致设备瘫痪，甚至会造成人员伤亡，因转子故障而引发的安全事故会对国民经济造成巨大损失。

所以，如果能够及时观察到旋转机械设备的运行状态，迅速发现设备在运转过程中出现的问题，就能够及时对设备进行维修，防止因故障进一步扩大而造成无可挽回的损失。转子在发生故障时经常伴随着异常的振动，因此，开展针对转子振动信号的检测和故障识别的研究，对于保证旋转机械运转稳定可靠，避免出现巨大的经济损失和人员伤亡事故，提高经济效益意义重大。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

本次设计要求对典型转子故障监控系统进行设计。完成系统的硬件实现和软件设计。重点研究转子工作时产生的振动信号的采集、分析、提取，确定设计方案，完成各功能单元的结构设计，参数计算和元件选择。

设计内容如下：