信号采集与分析论文开题报告范文：模拟电解水槽的电压温度信号特征提取

模拟电解水槽的电压温度信号特征提取

开题报告 

 

目 录 

一、选题背景 

二、研究目的和意义 

三、本文研究涉及的主要理论 

四、本文研究的主要内容及研究框架 

（一）本文研究的主要内容 

（二）本文研究框架 

五、写作提纲 

六、本文研究进展 

七、目前已经阅读的文献 

 

一、选题背景 

 

自改革开放以来，我国经济迅速发展，工业化进程不断推进，中国经济结构开始逐渐转型。随着经济的发展，对氯碱、招等工业产品的需求也逐渐增加，工业生产成为我国经济发展的巨大推力，起着不可替代的作用。但传统能源逐渐减少以及传统工业方法所造成的环境污染等问题日益突出，致使我们必须走出具有中国特色可持续发展的工业道路，促进中国工业健康发展。目前氯碱工业、销生产工业大都釆用电解法，该方法克服传统工业高能耗、髙污染的问题，大大提高工业生产效率。在电解生产过程中，电解槽的运行状况直接影响电解过程。

 

二、研究目的和意义 

 

电解过程是一个多变量、非线性、慢时变的工业体系，其中槽电压和温度是反应电解槽运行状况的重要参数，可实时反应电解过程。因此可通过实时监测电解槽内参数，提取这两种信号的特征，并进行分析，监测系统运行状况，实现电解槽故障诊断。

 

三、本文研究涉及的主要理论 

 

在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、水位、压力、流量、流速和开关量等都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的参数进行检测。这些参数直接影响到产品的质量、对机械设备和控制系统中的各种元器件的损坏，严重的会影响到生产安全。所以，工业生产过程中需要对主要参数实时检测处理，不仅提高生产效率，同时可及时防止设备发生故障，以保证生产能够顺利进行。模拟电解水槽是一个多参数、多反应过程的复杂系统，其中槽电压槽温度信号是反应电解槽运行状况的重要参数，因此对这些信号的分析与特征提取有助于电解过程的高效进行。电解槽的最佳槽电压是当电解槽处于正常状态下的最低电压值，主要包括电解质压降、阴、阳极压降以及母线压降。槽电压影响电解槽的电能，因而电解质的温度会随槽电压的高低变化而变化。当槽电压过高，电解质温度提高，碳棒温度过高加速损耗，不仅浪费了许多电能而且对设备安全造成威胁；当槽电压过低，电解槽进入冷行程[13]，电解质温度降低，电解效率下降，电解槽底部难免产生沉淀，如此破坏电解过程的正常进行。电解槽的槽温度也是电解过程的一个重要参数，是指槽内电解质的温度。在电解过程中，电解温度直接影响电流效率，当电解质温度降低，电解质溶解度降低，有利于电流效率的提高，根据国内班辉等人对招电解槽电流效率与温度控制的研究，电解质温度每降低10摄氏度，可提高电流效率0.2%，但电解质温度过低，电解质可能产生沉淀，降低电流效率。因此电解质温度的变化对电解过程有重要影响。

考虑到实际招电解现场条件以及实验分析的可行性等问题，实验室特引进模拟实验平台以方便研究。该实验平台主要由三个模块组成，分别为检测板、主控箱、恒流源，检测板负责检测模拟电解水槽相关参数；主控箱负责向电解水槽发送控制信号；恒流源负责为平台提供恒流输出。

主控箱内控制板采用STM32 F4系列微处理器，该系列微处理器采用基于ARM架构的Cortex M4微处理器内核，内部为32位数据总线，最高运行主频达168MHz，片内Flash存储区达1MB，片内集成192KB的SRAM,可用于对算法实现高速运行提供存储空间，结合了 DSP指令集、浮点运算单元和各种高级外设，极大提高了算法的代码效率和执行速度，是当今性能较高的一款微型处理器。检测系统的实现是通过传感器实现对槽电压温度等参数的检测，检测板采用DSP28335，检测板与控制板分幵设置，有利于今后添加检测对象参数，方便今后对控制系统的扩展。检测板A/D分辨率为12Bit，主控板与检测板之冋CAN总线连接，通信频率为250KB,最高可达1MB,为本课题上位机电解槽电压温度信号特征提取提供硬件条件。

恒流源主要用来对模拟点解水槽实验平台提供恒流输出，恒流源量程为20A，精度为0.1A。该设备具有输入过流、过压、欠压保护；输出短路、过流、过压保护；整机过热保护三级保护措施。恒流源与模拟电解水槽实验平台之间采用有限电缆连接。

 

四、本文研究的主要内容及研究框架 

 

（一）本文研究的主要内容 

 

本课题研究的内容：

(1)将下位机采集的实验室模拟电解水槽中温度和槽电压信号通过RS232传送到上位机(或直接获取工业锡电解槽中温度和电压信号）；

(2)上位机接收到的数据一方面要实时显示在VC++界面中另一方面要插入并存储于数据库 Sql Server 2008 中；

(3)

matlab调用数据库中信号并进行希尔伯特黄变换，经过经验模态分解EMD将信号分解为不同特征尺度下的本征模态函数IMF，通过对各IMF进行希尔伯特黄变换得到槽电压和温度的时频图，时频谱图能准确反映出各时间、频率上的能量分布，得到信号主频分布。设计实验，改变电解槽输入条件，比较不同槽况下信号的时频特征，以此作为判断电解槽运行状况的依据，为建立槽况识别诊断系统做准备。

(4)最后上位机VC调用matlab中信号分析的文件显示信号处理结果，并且上位机VC人机界面可显示不同状况下信号的时频图。

 

（二）本文研究框架 

本文研究框架可简单表示为：

 

五、写作提纲 

 

摘要 3-4 

ABSTRACT 4-5 

目录 6-8 

1 引言 8-14 

    1.1 课题研究背景和意义 8 

    1.2 信号特征提取的研究现状 8-11 

        1.2.1 傅里叶变换 8-9 

        1.2.2 小波变换 9-10 

        1.2.3 希尔伯特黄变换 10-11 

    1.3 课题研究内容 11-14 

        1.3.1 课题研究平台概要介绍 11-12 

        1.3.2 模拟电解水槽中参数对系统的影响 12 

        1.3.3 课题研究方案 12-13 

        1.3.4 论文结构 13-14 

2 基于希尔伯特黄变换的信号特征提取 14-33 

    2.1 Hilbert-Huang变换的理论及算法 14-18 

        2.1.1 Hilbert-Huang变换算法简介 14 

        2.1.2 EMD分解方法 14-16 

        2.1.3 Hilbert变换时频谱和边际谱 16-18 

    2.2 Hilbert-Huang变换法的信号特征提取 18-32 

        2.2.1 信号特征提取实验数据 18-19 

        2.2.2 模拟电解水槽槽电压信号特征提取 19-26 

        2.2.3 模拟电解水槽温度信号特征提取 26-31 

        2.2.4 Hilbert-Huang变换处理信号时仍存在的问题 31-32 

    2.3 本章小结 32-33 

3 模拟电解水槽信号特征提取系统软件设计 33-44 

    3.1 系统软件相关技术简介 33-34 

    3.2 软件需求分析 34 

    3.3 软件的详细设计与实现 34-43 

        3.3.1 数据通讯子系统设计 35-39 

        3.3.2 信号查询与显示子系统设计 39-40 

        3.3.3 信号分析结果显示模块 40-41 

        3.3.4 数据库子系统设计 41-43 

    3.4 总结 43-44 

4 HHT变换在铝电解信号分析中的应用 44-54 

    4.1 前言 44-45 

        4.1.1 铝电解过程基本原理 44 

        4.1.2 铝电解的技术问题 44-45 

    4.2 铝电解过程的影响因素 45-46 

    4.3 应用HHT算法对铝电解阳极压降信号分析 46-52 

        4.3.1 数据来源 46 

        4.3.2 数据分析 46-52 

    4.4 HHT算法对铝电解过程中信号分析适用性 52-53 

    4.5 本章小结 53-54 

5 结论与展望 54-56 

    5.1 结论 54 

    5.2 展望 54-56 

参考文献 56-58 

申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 58-59 

致谢 59 

 

六、本文研究进展(略) 

 

七、目前已经阅读的主要文献 

 

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