基于虚拟仪器的故障诊断系统研究摘要：介绍了虚拟仪器技术的特点和构成，在此基础上将现代信号处理新理论高阶累积量(HOC)引入到虚拟仪器的信号分析之中，对传动系统的故障进行了特征提取和分析，以VC++软件开发平台为基础，并结合MATLAB语言研制和开发出了机械故障诊断虚拟仪器系统，设计了各种功能模块，包括振动信号的分析、处理和系统故障诊断等。从而实现了故障诊断虚拟仪器系统应有的功能。关键词：虚拟仪器系统；故障诊断；高阶累积量；VC++软件：TP309．1文献标志码：A：1001－3695(2007)07－0173－03虚拟仪器(VirtualInstrument，VI)技术是近年来发展迅速的仪器技术，是对测试仪器的一种革新,它具有功能强大、开发周期短、开发成本低廉等独特的优点[1,2]。将虚拟仪器技术应用于工程实际也是测量仪器发展的趋势。虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，是由计算机、应用软件和仪器硬件组成。仪器硬件是由数据采集卡、接口、传感器等组成；软件是由信号处理算法分析程序、计算机语言、各种控件和软件开发工具等组成。所以软件的开发和设计是虚拟仪器的核心。??虚拟仪器的优点在于能够与计算机技术结合，利用加在计算机上的一组软件与仪器模块相连接，以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力提供对测量数据的分析和显示，具有很大的灵活性。传统仪器由数据采集与控制、数据分析与处理及结果表达与输出三部分组成。传统仪器的这些功能模块都是以硬件(或固化的软件)的形式存在的。而虚拟仪器系统是基于计算机的软硬件测试平台，由计算机、应用软件和仪器硬件组成[3]。在虚拟仪器技术中，外部仪表包括具体的测试仪器或者传感器，它们通过仪器接口与计算机连接。常用的接口包括通用接口总线（GPIB）、数据采集板（DAQ）、串口以及VXI总线等。通用接口总线用来将独立的仪器连接到计算机上实现计算机对仪器的控制和数据通信。数据采集板就是直接插到计算机总线上的I/O卡。数据采集板与外部仪器或者传感器连接，进行数据采集，并且即时地将数据存放到RAM。微处理器可以立即访问这些数据。数据由微处理器和数据采集板共享。数据采集板技术极大地推动着虚拟仪器的发展，因为它把微处理器和总线技术的进步直接演变为I/O设备的改进和系统能力的提高。??高阶累积量（higherordercumulants，HOC）法[4,5]可从非平稳调制信号及非线性耦合信号中提取出耦合的高阶次特征，同时剔除外加干扰影响，提高分析和辨识精度，从而为复杂的动态系统特性辨识、模式识别以及故障诊断提供一种崭新方法。由于虚拟仪器的重点在于它的软件部分，本文采用高阶累积量这种新理论进行虚拟仪器软件的构建，基于高阶累积量的各种分析技术如三阶谱、1.5维谱、双相干谱等对故障信号进行分析和特征提取，将分析结果作为故障特征信息，并结合神经网络进行了故障模式识别，从而完成了故障诊断的虚拟仪器系统。??1高阶累积量及其分析技术??2故障诊断虚拟仪器系统构建与实现??虚拟仪器系统包括硬件和软件两大模块,如图1所示。??其硬件部分是由CRAS信号采集系统所携带的采集卡和QL－116R16通道采集箱等组成,系统使用CRAS随机信号采集系统采集由加速度传感器拾取的振动信号,可同时采集16路信号，最高采样频率可达51200Hz。这部分的作用就是负责采集振动信号。软件部分实现对振动信号的分析处理，并对分析结果进行模式识别和完成故障诊断。系统的软件部分使用VC++软件开发平台，通过与MATLAB语言接口编程，来充分发挥两者的优势。VC++是面向对象的编程环境，可以方便地编写出基于窗口的可视化操作应用程序；MATLAB具有强大的数据运算和图形处理能力，因此，两者的结合可以开发出界面友好、扩展性强且运算能力强大的软件系统，十分适用于开发故障诊断系统。??2．1接口编程的实现??在VC++下调用MATLAB，主要有三种方法：??(1)利用MATLAB引擎。MATLABEngine库是MathWorks公司提供的一组函数库。它提供了一种在用户程序进程中与独立的MATLAB进程通信的方法，在Windows下使用ActiveX技术实现。MATLABEngine不仅可以调用MATLAB中的C/C++函数，还可以调用工具箱中的函数，应用程序整体性能较好，同时，MATLABEn...