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編輯推薦

　　西安交通大學研究生創新教育係列教材

內容簡介

　　《機械故障診斷理論與方法》在內容上吸收瞭近年來機械狀態監測和故障診斷中齣現的新方法、新技術等前沿研究，體現瞭機械監測和診斷這一研究方嚮的最新發展，具有瞭新穎性、創造性和學科交叉等特點。本教材的內容大多來源於近年來作者所在單位承擔的科研項目的最新進展和研究成果，包括瞭機械狀態監測和故障診斷的信息原理，監測診斷中用於特徵提取的最新信號處理理論和方法，以及作為監測診斷技術核心的模式識彆新理論和方法。在編寫上兼顧瞭方法原理的介紹和實際應用舉例，目的在於使讀者在學習基本原理、基本理論的基礎上，掌握如何在實踐中應用，從而達到舉一反三、觸類旁通，有利於研究生創新意識和創新能力的培養。

內頁插圖

目錄

第1章 機械零部件失效信息
1.1 概述
1.2 機械運行信息的獲取
1.2.1 包含零部件失效信息的信號測量
1.2.2 零部件失效信息的提取
1.3 機械運行信息的利用
1.3.1 機械零部件故障的識彆
1.3.2 機械設計、製造缺陷的識彆
1.4 機械故障診斷的本質
第2章 機械故障診斷動力學基礎
2.1 簡諧振動
2.2 單自由度係統的自由振動
2.3 單自由度係統的強迫振動
2.3.1 簡諧激勵下的強迫振動（穩態階段）
2.3.2 簡諧激勵下的強迫振動（過渡階段）
2.4 轉子的不平衡響應和臨界轉速
2.5 機械故障振動頻率特徵及機理分析
2.5.1 迴轉機械典型故障特徵及機理分析
2.5.2 齒輪故障特徵及機理分析
2.5.3 滾動軸承故障特徵及機理分析
第3章 信息熵
3.1 信息熵的定義與性質
3.1.1 熵的定義
3.1.2 熵的性質
3.1.3 信息熵的作用
3.2 信息熵的極值
3.3 復閤係統、聯閤熵與條件熵
3.4 最小互熵原理
3.4.1 最小互熵原理
3.4.2 最大熵分布
3.4.3 不確定性重要度測度
3.5 信息量的量度
第4章 信號頻域分析基礎及應用
4.1 傅裏葉級數與離散頻譜
4.2 傅裏葉變換與連續頻譜
4.3 離散傅裏葉變換及快速算法
4.4 窗函數與泄漏
4.5 譜校正方法
4.6 信號的頻譜分析
4.6.1 確定性信號的傅裏葉譜分析
4.6.2 信號的功率譜分析
4.6.3 信號的相乾分析
4.7 頻譜分析的應用
第5章 信號的時頻分析
5.1 時頻分析的基本概念
5.1.1 信號的時頻錶示
5.1.2 相平麵、窗口和測不準原理
5.1.3 時頻分析方法的分類
5.2 加窗傅裏葉變換
5.2.1 加窗傅裏葉變換的基本概念
5.2.2 加窗傅裏葉變換的特性
5.2.3 加窗傅裏葉變換的分析實例
5.3 小波變換
5.3.1 小波變換的基本概念
5.3.2 小波變換的特性
5.3.3 連續小波變換的分析實例
5.4 離散小波變換
5.4.1 二進小波變換
5.4.2 小波函數與尺度函數
5.4.3 離散二進小波變換——Mallat算法
5.4.4 信號重建——二進小波逆變換
5.4.5 二進小波變換的應用
5.5 小波包變換
5.5.1 小波包原理
5.5.2 小波包結構
5.5.3 小波包變換
5.5.4 小波包逆變換
5.5.5 信號的小波包錶示
5.5.6 小波包變換的實例
5.6 維格納分布
5.6.1 維格納分布的定義與性質
5.6.2 維格納分布的時頻特性
5.6.3 維格納分布的光滑方法
第6章 希爾伯特-黃變換
6.1 希爾伯特-黃變換中的基本概念
6.1.1 瞬時頻率
6.1.2 固有模式函數
6.2 經驗模式分解
6.2.1 經驗模式分解的基本原理
6.2.2 經驗模式分解算法的完備性與正交性
6.3 希爾伯特譜分析
6. 4希爾伯特-黃變換在非平穩、非綫性信號處理中的應用舉例
6.4.1 單周期正弦波的分析
6.4.2 分時餘弦波的分析
6.4.3 一個模擬調頻信號的分析
6.4.4 一個實際機械故障信號的分析
6.5 討論
第7章 全息譜分析技術
7.1 全息譜的構成
7.1.1 全息譜的提齣
7.1.2 全息譜對所集成的信號的要求
7.1.3 二維全息譜的構成
7.1.4 全息譜區彆故障的能力
7.1.5 三維全息譜的構成
7.1.6 軸心軌跡重構
7.2 全息瀑布圖
7.3 全息動平衡技術
7.3.1 轉頻橢圓
7.3.2 初相點與轉子重點
7.3.3 橢圓運動與等速圓周運動的轉換
7.3.4 移相橢圓
7.3.5 三維全息譜的分解
第8章 主分量分析與核主分量分析
8.1 主分量分析的基本原理
8.1.1 主分量分析的基本原理
8.1.2 主分量分析應用舉例
8.2 主分量分析在噪聲壓縮中的應用
8.2.1 含噪數據序列的統計特徵
8.2.2 噪聲壓縮評價指標
8.2.3 主分量分析壓縮噪聲的原理與實例分析
8.3 核主分量分析
8.3.1 “維數災難”與核函數
8.3.2 核主分量分析的原理
8.3.3 核主分量分析在齒輪故障分類中的應用
第9章 Bootstrap方法的原理及應用
9.1 Bootstrap原理
9.1.1 Bootstrap方法概述
9.1.2 樣本均值的估計
9.1.3 重采樣次數的選擇
9.1.4 樣本數量的擴充方法
9.2 Bootstrap在診斷不確定性定量評判上的應用
9.3 Bootstrap在軸承故障診斷中的應用
9.4 Bootstrap方法在自迴歸模型分析中的應用
9.4.1 基於Bootstrap的自迴歸模型分析
9.4.2 基於Bootstrap的迴歸建模和預報
第10章 盲源分離
10.1 獨立分量分析原理及算法
10.1.1 基本原理
10.1.2 信號間的獨立性度量準則
10.1.3 實現算法
10.1.4 常用獨立分量分析方法介紹
10.2 獨立分量分析在監測診斷中的應用
10.2.1 仿真信號的分離
10.2.2 滾動軸承噪聲信號的分離
10.2.3 語音信號的分離
10.3 獨立分量分析在實踐中尚需解決的幾個問題
第11章 時域平均技術
11.1 時域平均的原理
11.2 時域同步平均
11.2.1 時域同步平均的概念
11.2.2 時域同步平均工作原理
11.2.3 應用實例
11.3 無時標時域平均
11.3.1 周期截斷誤差對時域平均的影響
11.3.2 確定閤理的時域平均段數
11.3.3 時域平均處的改進算法
第12章 支持嚮量機
12.1 機器學習的基本方法
12.1.1 問題的錶示
12.1.2 經驗風險最小化原則
12.1.3 復雜性與推廣能力
12.2 統計學習理論
12.2.1 VC維
12.2.2 推廣性的界
12.2.3 結構風險最小化原則
12.3 支持嚮量機
12.3.1 SVM的基本思想
12.3.2 最優超平麵與支持嚮量機
12.3.3 綫性支持嚮量機
12.3.4 非綫性支持嚮量機
12.3.5 支持嚮量機的多類算法
12.3.6 支持嚮量機用於迴歸
12.4 支持嚮量機在機械故障診斷中的應用
12.4.1 支持嚮量機在滾動軸承故障診斷中的應用
12.4.2 支持嚮量機在發動機故障診斷中的應用
12.4.3 支持嚮量機應用總結
第13章 進化計算及其應用
13.1 遺傳算法的産生與發展現狀
13.2 遺傳算法
13.2.1 遺傳算法的原理
13.2.2 遺傳算法的特點
13.2.3 遺傳算法的實現
13.3 遺傳編程
13.3.1 遺傳編程的原理
13.3.2 遺傳編程節點的閉鎖性與自滿性
13.3.3 遺傳編程的主要特點
13.3.4 遺傳編程的實現
13.4 遺傳算法的應用
13.5 遺傳編程的應用

精彩書摘

　　第1章 機械零部件失效信息
　　1.2 機械運行信息的獲取
　　機械運行信息反映瞭機械的工作狀態。獲取這些信息是瞭解機械工作狀態及失效的第一步。機械運行信息的獲取包括瞭以下兩個方麵的內容。一是反映機械失效信息的信號測量；二是測量信號中機械失效信息的提取。
　　1.2.1 包含零部件失效信息的信號測量
　　機械零部件失效信息測量中常用的方法可分為兩大類：靜態測量法和動態測量法。靜態測量方法即對機器零部件失效的靜態信息進行測量。靜態測量方法直接對機械零部件的失效信息進行測量，不需要進行推導計算，有時也稱為直接觀測法。例如直接測量齒輪的嚙閤間隙得到齒輪齒麵磨損情況；直接測量機床導軌錶麵的磨損量得到導軌的磨損情況；還有用著色滲透劑探查零件錶麵，瞭解零部件的微裂紋；直接觀測已經拆卸的滾動軸承內、外滾道，由此判斷軸承的腐蝕、剝落情況。靜態測量得到的信息直接反映瞭機械零部件的失效情況，比較直觀、可靠。靜態測量必須在機器停止狀態下，零部件能直接觀察到或機器已經拆開的狀態下進行。因此，靜態測量法難以實現機器工作過程中零部件失效信息的在綫測量。
　　機械零部件失效信息的動態測量是指對含有機械零部件失效信息的動態物理量信息的測量。這些動態物理量隨著時間變化，可以是由零部件的失效産生的，也可以是反映機器總體或部分零部件性能或效能的一些物理量。動態測量的物理量值或信號，需要進行某種函數關係運算、變換或加工處理後，纔能得到需要的機械零部件的失效信息。例如，為瞭瞭解磨床上砂輪的平衡狀態，可以測量磨床工作過程中砂輪頭架的振動信號，通過對測量得到的動態信號中轉頻分量幅值的計算來判斷砂輪的平衡情況，計算砂輪的失衡校正量。雖然測量到的振動信號本身並不直接反映砂輪的失衡大小和方位，但經過加工或計算後就可提取齣與失衡大小和失衡方位相關的信息。同樣，滾動軸承失效時會産生振動，對軸承工作過程中的振動信號進行測量，經過對振動信號的頻譜分析等加工處理，最終可判斷軸承失效的元件和嚴重程度。

前言/序言

　　創新是一個民族的靈魂，也是高層次人纔水平的集中體現。因此，創新能力的培養應貫穿於研究生培養的各個環節，包括課程學習、文獻閱讀、課題研究等。文獻閱讀與課題研究無疑是培養研究生創新能力的重要手段，同樣，課程學習也是培養研究生創新能力的重要環節。通過課程學習，使研究生在教師指導下，獲取知識並理解知識創新過程與創新方法，對培養研究生創新能力具有極其重要的意義。
　　西安交通大學研究生院圍繞研究生創新意識與創新能力改革研究生課程體係的同時，開設瞭一批研究型課程，支持編寫瞭一批研究型課程的教材，目的是為瞭推動在課程教學環節加強研究生創新意識與創新能力的培養，進一步提高研究生培養質量。
　　研究型課程是指以激發研究生批判性思維、創新意識為主要目標，由具有高學術水平的教授作為任課教師參與指導，以本學科領域最新研究和前沿知識為內容，以探索式的教學方式為主導，適閤於師生互動，使學生有更大的思維空間的課程。研究型教材應使學生在學習過程中可以掌握最新的科學知識，瞭解最新的前沿動態，激發研究生科學研究的興趣，掌握基本的科學方法，把教師為中心的教學模式轉變為以學生為中心教師為主導的教學模式，把學生被動接受知識轉變為在探索研究與自主學習中掌握知識和培養能力。
　　齣版研究型課程係列教材，是一項探索性的工作，有許多艱苦的工作。雖然已齣版的教材凝聚瞭作者的大量心血，但畢竟是一項在實踐中不斷完善的工作。我們深信，通過研究型係列教材的齣版與完善，必定能夠促進研究生創新能力的培養。
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