自诊断功能模块的设计电机和其他所有机器设备一样, 在运行过程中有能量、热量、磨损、
振动等各种物理和化学参数的传递和变化, 这些信息变化直接或间接地反映出电机的运行
状态, 而振动信息(位移、速度、加速度)能够敏感地反映电机的运行状态。利用振动诊断法
可以有效地诊断出电机的故障。
    步进电机故障的诊断, 关键问题是如何把各种有用的故障信息分离出来。例如当滚动轴
承在运行过程中易发生局部损伤, 当轴承某一元件表面出现局部损伤时, 在受载运行过程
中每当滚动体碾压到故障点, 就必然产生一个能量发散范围广,能量分量很小的冲击, 但由
于冲击脉冲力的频带较宽, 其中必然包含滚动轴承的内、外圈和滚子等元件各自固有频率
激发的相应的高频固有振动, 为了有效除去高频和低频的干扰, 可以利用其截止频率等于
该固有频率的带通滤波器将该共振解调信号分离出来, 然后通过软件或用电路对这些衰减
振荡波进行包络解调, 去除高频衰减振动的频率成分, 获得只包含故障特征信号的低频包
络信号, 通过 DSP 对该包络信号进行频谱分析, 可得到很高的频率分辨率, 并方便地找出
对应的故障冲击的发生频率, 便可以对轴承故障进行诊断。
    振动信号处理框图带通滤波器的设计, 可采用有源二阶高通滤波器与有源二阶低通滤波
器串联而成。有利于剔除高频和低频的干扰, 得到故障信息信号。包络检波可采用二极管包
络检波器, 其电路简单、检波效率高, 它由一个二极管和 RC 低通滤波器串联组成,其工作原
理是: 当载波正半周时, 二极管导通, 给电容器充电, 由于充电时间常数很小, 所以很快充电
到输入信号的峰值。当输入信号下降时, 电容器上的电压大于输入信号电压.二极管反向截
止。电容器通过电阻 R 缓慢放电。当下一个正半周时, 从输入信号电压大于电容器上的电压
时, 开始二极管重新导通, 再一次对电容充电, 直到新的周期的峰值为正。整个过程如图所
示。
    时间常数 RC 在满足 1/ ω0≤RC≤ωm 的情况下, 包络检波器的输出基本上与输入信号的包
络变化呈线性关系。
    在完成以上的故障信号的预处理部分后, 通过 DSP 的片内的 A/D 转换模块, 把模拟信号
转化成数字信号, 通过 DSP 对振动信号进行 FFT 频谱分析, 并与外接在 DSP 外围的故障数
据缓存器中的数据进行比较, 从而得到故障诊断结果, 并将其进行显示和声光报警。这样能
预先发现故障, 以避免设备在生产作业中造成巨大损失。
    3 系统的软件设计

系统控制软件的设计包括主程序和中断程序两大部分 , 主程序主要负责 DSP 的系统

初始化、开机状态判别、各个变量的初始化和中断等待等任务。一个部分是用于步进电机的
控制, 产生所需要的 SVPWM 波形; 第二个部分是对提取的故障振动信号进行频谱分析, 以
下主要对 FFT 算法实现子程序进行分析。
    FFT 是实现傅立叶变换的快速算法, 它在信号分析和处理领域有着广泛的应用, 成为了
实现众多复杂功能的基础算法,可以说, 在当代工业和科研的几乎所有领域都能见到 FFT 
算法的成功应用。例如, 在谐波分析方面, 我们可以通过实时地检测从接触网下来的电压和
电流信号, 计算出对应的谐波含量, 并得出机车系统的功率因数; 在振动方面的应用, 我们
可以结合振动诊断技术, 将加速度传感器用于测量车体振动、轴承振动等地方, 然后对传感
器的输出信号进行频谱分析, 可以实现对车体振动分析和对电机轴承的动态检测和故障判
断。离散 FFT 运算的输入和输出一般均是复序列, 如果输入序列是按时间抽取(DIT) 实数序
列, 其 DFT 为: , 式中: k=0,1,?,N- 1, = 是旋转因子。
    全部计算分为每级(每次迭代) 都有 N /2 个蝶形运算单元。在第 m 级(m= 0,1,?,M- 1),有:
    FFT 实现的程序流程图经过模书转换后输入单片机, 如果信号为未经过偏振片相对光强, 
则要计算修正系数, 通过公式 IA = EIO 求得透射光强;如果信号为经过偏振片的透射光强, 
则直接求得成熟度系数, 与标准值相减得相对偏差后输出。差值计算法设计是通过在单片