基于小波变换与神经网络的电压型变频器故障诊断系统

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1、硕士学位论文第一章绪论络与波形直接分析两种故障诊断方法。文献[2H将一种改进的联想记忆神经网络应用于变频器的故障诊断。神经网络故障诊断虽然有它独特的优越性，但也存在一些困难。主要表现在三方面：一是训练样本获取困难；二是忽视了领域专家的经验知识；三是网络权值形式表达方式难以理解嘲。4、其他变频器故障诊断方法变频器的故障诊断涉及到产品的可靠性，非常值得开发和研究，可以采用的方法也多种多样[2a-29]。国内外很多学者从各种角度研究了变频器的故障诊断技术。文献[301提出了一种基于逆变器三相平均输出电流Park矢量的电压源逆变器故障诊

2、断方法。文献【3l】采用状态次序法诊断整流电路和逆变电路六路触发脉冲故障。文献[321介绍了一种在线诊断PWM逆变器触发脉冲间歇性丢失故障的方法。变频器直流侧电解电容的寿命是有限的，且短于其他半导体元器件，因此对其故障的预测及诊断就显得非常重要。文献[331通过测量直流侧电压及流过电容的电流计算出电解电容的内部串联电阻(ESR)，然后推算出其剩余寿命(电容的寿命与ESR密切相关)，从而能有效避免电容因老化性故障引起的系统瘫痪。1．3．小波变换在故障诊断中的应用小波分析是近年来国际上掀起的一个前沿领域，它被认为是傅立叶分析方法的突

3、破性进展。小波分析优于傅立叶之处在于，小波分析在时域和频域同时具有良好的局部化性质。可以对高频成分采用逐渐精细的时域空间取代步长，从而可以聚焦到对象的任意细节。因此，小波变换被誉为分析信号的显微镜，傅立叶分析发展史上一个新的里程碑。小波分析是一个新的数学分支，它是泛函分析、傅立叶分析、数值分析的最完美结晶；在应用领域，特别是在信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、量子物理、生物医学工程、计算机视觉、故障诊断及众多非线性科学领域都有广泛的应用。小波分析最初由法国理论物理学家Crro$small和法国数据学Modet共同提出的【3

4、4】。与傅立叶变换相比，它具有许多优良的特性。小波变换能够通过多尺度分析提取信号的奇异点。基本原理是当信号在奇异点附近的Lipschitz指数a>0时，其小波变换的模极大值随尺度的增大而增大；当a<0时，则随尺度的增大而减小。噪声对应的Lipschitz指数远小于0，而信号这边沿对应的Lipschitz指数大于或等于0。因此，利用小波变换可以区分噪声和信号边沿，有效地检测出强噪声背景下的信号边沿(缓变或突变)。离散正交小波变换和连续正交小波变换的时域特性相似，二者都能够描述信号的频域随时间4硕士学位论文·第一章绪论变化情况或信号

5、在某时刻附近的频域分布。且离散正交小波变换可以采用Mallet算法，数据量较小，计算速度快．目前利用小波变换进行故障诊断的方法有三种f3s阄：(1)利用观测信号的奇异性进行故障诊断动态系统的故障通常会导致系统的观测信号发生变化，若能采取一定的措施消除系统状态变化以外的因素的影响，直接利用连续小波变换检测观测信号的奇异点，就可以检测出系统故障。(2)利用观测信号频率结构的变化进行故障诊断振动系统的故障通常会导致系统观测信号的频率发生变化。若能采用一定的措施消除系统状态变化以外的因素对观测信号的影响，则利用离散正交小波变换分析观测信

6、号的频率结构随时间的变化情况，就可以检测系统的故障。(3)利用脉冲响应函数的小波变换进行故障诊断Eykhoff的连续系统脉冲响应辨识方法的基本思想是将系统脉冲响应函数的辨识转化为脉冲响应函数在一组正交函数基上的投影系数的辨识。若将Eykhoff方法中的正交函数基取为离散正交小波基，所得到的脉冲响应辨识方法除了保持原方法的有效性外，而且较基于传统正交函数基的Eykhoff方法，具有更强的跟踪参数变化的能力，辨识结果具有明确的频域物理意义。系统脉冲响应函数在最大尺度下的小波变换系数描述了它在大尺度下的概貌情况，完全可以代表其整体特征

7、。而且通常这些小波变换系统中只有2~3个元素具有较大的模，其余元素的模都非常小。系统故障导致的系统脉冲响应函数的变化也必然反映在这少数几个小波变换系统的变化中。以系统的状态为参照，根据系统待检状态下辨识得到的这几个元素或其平均值随时间的变化情况就可以判断有无故障。由于这些元素或其平均值和系统的状态相对应，还可以利用它们在突变后的取值并结合系统的经验知识进行故障分离。基于小波变换的故障诊断方法具有无需对象的数学模型，且对于输入信号的要求较低、计算量不大、灵敏度高、克服噪声能力强等特点，是一种很有前途的故障诊断方法。1．4本课题研究

8、的主要内容本课题研究内容主要包括理论分析和具体实现两个方面。在理论上，本文对电压型PWM变频器主电路逆变部分在正常运行和故障状态下的三相输出电流波形进行了详细分析和研究，从理论上探索其故障诊断方法。在具体实现上，设计了基于小波变换的变频器故障诊断系统。具体研究工