基于小波分析的汽轮机振动故障诊断

《基于小波分析的汽轮机振动故障诊断》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第31卷第1l期华电技术V01．31No．112O09年l1月HuadianTechn0logyN0v．2009基于小波分析的汽轮机振动故障诊断侯乃明，丁常富(华北电力大学能源与动力工程学院，河北保定071003)摘要：基于小波分析对汽轮机振动的故障诊断展开研究，介绍了傅里叶变换和小波分析的基本原理，分析了小波分析在定位振动信号成分上相对于傅里叶分析的优越性，并对仿真信号进行了验证。利用db7小波对信号进行了6层分解，信号分解的细节部分清晰地显示了奇异点的准确位置。分析结果证明，在清楚汽轮机振动故障信号特征的情况下，小波分析能有效地进行汽轮机的故障诊断。关键

2、词：振动；故障诊断；小波变换；信号处理；汽轮发电机中图分类号：TK267文献标志码：A文章编号：1674—1951(2009)ll～0o01—02随着汽轮发电机组的大型化和结构复杂化，引上一个时间上有限的函数，这样就解决了傅里叶变起故障的原因也趋于多样化。汽轮发电机组振动信换无法时频双限的问题。但是，ST兀1是一种窗口大号的分析是在线运行故障诊断的主要手段，长期以小及形状均固定的时频局部化分析，在同一频域上来对振动信号的分析一直依赖于傅里叶变换来实只能移动而不能伸缩，这意味着在时频域内的固定现，然而傅里叶变换只提供了信号丰富的频域信息，时频分辨率J，如图l所

3、示。图l中4个窗口分别对时域信息则几乎不提供。如果信号是平稳的和周表示在时刻和，频率∞和∞：处的时频窗，其宽期性的，傅里叶分析是一种理想的工具。可是，汽轮度由窗口函数g决定，频率信息提取的精确性受限机振动信号通常是非平稳的和突变的，存在于大量于窗口的大小。然而，在检测汽轮机碰磨信号时，由的重复信号中，在这种瞬时信号和突变信号中有重于信号的不稳定性和频率分布不均匀性，sTFT很难要的故障信息¨J，此时，傅里叶变换很难确定突变精确确定窗口的大小，频率信息提取的精确性受到信号的奇异点在空间的位置和分布情况，小波分析很大限制。具有时频局部化性质，能够解决这个问题。1

4、傅里叶变换及其在故障检测中的应用在传统的信号分析中，傅里叶变换是最主要的处理手段，其定义为：如果有限能量函数￡)的傅里叶变换可以用积分表示为，+∞F()=f．厂()e，(1)J一∞F()所描述的是整个时间段内频率的特性，或者说0它是一种全局的变换，而不能提供局部时间段上的频率信息。因此，传统的傅里叶变换在分析实际的图1短时傅里叶变换时频窗时变信号时具有很大的局限性，对信号的局部特性为了解决STFT中时频分辨率固定不变的问分析必须使用另外的局部变换工具j。为了解决题，最近研究的基于小波分析的理论在处理非平稳这一问题，Gabor提出了窗口傅里叶变换，又称短时和突

5、变信号分析时成为一种非常有效的方法，因为傅里叶变换(sTFT)，其定义为r+∞它可以提供灵活的时频分辨率。Gr((IJ，6)=J)g(￡一6)e“df，(2)J一∞2小波分析基本原理式中f)为被分析信号；g为窗口函数；G，(∞，6)大致反映了￡)在时刻6、频率为∞时信号成分的相时频分析方法的基本思想是将能量有限的信号对含量。其基本思想是在傅里叶变换的基函数前乘分解到一组正交基上，这组正交基或是可数，或是不可数，但在给定的信号函数空间上都是稠密的。而收稿日期：2009一O6～19短时傅里叶变换则在正交基上又加了一组时间窗，·2·华电技术第3l卷从数学上说，是将

6、分解信号后的信号再进行一次分号的奇异性检测。。。本文采用db7小波。解。在这样的思路下，是否可以找到一组函数，信号奇异性是指信号在某处有间断或某阶导数使其成为在能量有限信号的函数空间稠密的正交不连续。奇异点往往包含了信号的重要特征，在多基，并且单纯地由一个函数的伸缩和平移生成呢?数情况下对应设备的故障等因素，因而对奇异点的这正是小波变换的思想。小波变换的定义是把某一检测在故障诊断中有着非常重要的意义。在对信号被称为基本小波的函数做位移6后，再在不同尺度进行傅里叶变换分析中，瞬变成分的特征常常淹没下与待分析的信号厂(f)做内积于平稳成分中。当小波函数看做某一平

7、滑函数的一，r+∞一十L阶导数时，信号小波变换模的局部极值点对应于信((0，6)=一寺I￡)()d￡，(3)¨号奇异点或其边缘。采用小波系数模的局部极值点式中：，口，6都是连续变量，所以式(3)也称为连续的方法可以达到提取信号奇异性特征的目的。小波变换(cwT)；加因子。是使在不同尺度。值下4信号实例分析基本小波(厂)(口，6)的能量保持相等。信号的小波变换(，)(0，6)是0和6的函数，0是尺度因现有一汽轮机模拟振动信号，由2种不同频率子，6是时间因子。在对信号￡)分析的过程中，小的正弦信号位于时间轴的两侧组成，信号的不连续波变换((n，6)将信号￡)限定

8、在时间窗性是由于低频特性的正弦信号在后半部分突然有高