基于DSP+MCU的列車滾動軸承故障診斷系統設計與應用

摘 要:基于DSP+MCU的列車滾動軸承故障診斷系統充分利用了DSP和MCU的信號處理和控制能力，提高了系統的數據處理效率。實驗結果表明，該系統通過Hilbert變換法提取出包絡信號，利用小波奇異性檢測進行故障診斷，取得了很好的效果。

關鍵詞:滾動軸承; 故障診斷; DSP; MCU; Hilbert交換; 小波奇異性檢測

中圖分類號:TP274 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)13-0187-03

Design and Application of Fault Diagnosis System for Rolling Bearings

Mounted on Trains Based on DSP and MCU

WU De-hua， LIU Chun-ying， DENG Gui-ping

(Changsha Aeronautical Vocational and Technical College， Changsha 410124， China)

Abstract: Freight train rolling bearing fault diagnosis system based on DSP+MCU is proposed， which makes full use of signal processing and control capacity of DSP and MCU， and improves the data processing efficiency of the system. The experimental results show that the system achieves good results by Hilbert transform method of extracting the envelope signal， and the wavelet singularity signal detection to diagnose fault.

Keywords: rolling bearing; fault diagnosis; DSP; MCU; Hilbert transform method; wavelet singularity detection

0 引 言

滾動軸承是列車轉動機件的支撐，也是鐵路車輛上最容易危及行車安全的易損件。由于工作面接觸應力的長期反復作用，極易引起軸承疲勞、裂紋、壓痕等故障，導致軸承斷裂，造成重大事故。軸承工作狀態是否正常，對于列車的安全有著重大的影響。因此，開展列車滾動軸承故障診斷的研究對避免重大事故、促進經濟發展具有相當大的意義。

1 系統總體設計

1.1 硬件系統

振動控制系統是一個典型的實時信號處理系統，需要對較復雜的信號進行處理。考慮到單片機的控制功能強，其總線位數少，運行速度相對較慢;而DSP(Digital Signal Processor)的運算能力強，總線寬度寬，控制功能相對較弱。為了提高系統的信號處理速度，便于對系統的硬件和軟件的進一步開發，結合單片機的控制能力，設計了DSP+MCU的方案，如圖1所示。該系統是一個基于定點DSP芯片TMS320C32的滾動軸承振動故障診斷系統，主要適用于對滾動軸承振動信號的采集、處理和故障診斷，并通過軸承溫度信號實現對軸承工作狀態的監測。

圖1 系統硬件組成結構框圖

滾動軸承的振動信號屬于高頻信號，因此應用加速度傳感器進行信號的拾取。……