hht方法在变频调速异步电机故障诊断中的应用

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1、武汉科技大学硕士学位论文HHT方法在变频调速异步电机故障诊断中的应用姓名：张文蓉申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：刘振兴20100518武汉科技大学硕士学位论文第3页者的极大关注。纵观对变频调速异步电动机故障诊断领域的研究成果，大致可以归纳成基于解析模型、基于信号处理和基于知识的三种诊断方法。1．2．1基于解析模型的故障诊断方法基于解析模型的方法应用在线系统辨识技术来实时地为系统建立数学模型，当系统中存在故障时，系统的输入输出关系就会改变，这些变化就会反映在数学模型中，因而通过观测系统数学模型的参数变化，便能判定系统是否

2、存在故障。状态估计法的基本思想是利用观测器／滤波器对系统的状态进行估计并构成残差序列，然后采取一定的措施增强残差序列中包含的故障信息，抑制模型误差等非故障信息，通过对残差序列的统计检验把故障从中检测出来。文章[61通过建立无故障斩波器的状态空间平均模型对变换器一电机系统稳态状态监控进行研究，利用该状念空间平均模型及其测量数据，分别建立了正规残差和简单残差关系式，对斩波器丌关元件和续流二极管断路和短路故障下的残差波形进行研究，利用不同故障模式下的残差波形建立了故障元件的逻辑判断方法。文献【7】通过时间步进耦合有限元空间状念的方法模拟出很多故障

3、模型中的数据，再将实测数据与故障模型下的数据进行比较，构成残差，从而诊断出故障并进行分析，采用的是一种基于时问步长有限元空间状态的检测方法。近年来，出现了很多新的相关方法，比如：线性矩阵不等式方法、Luenberger鲁棒故障检测观测器方法、基于多模型估计的混合估计方法等【引。参数估计诊断法是根据模型参数及相应的物理参数变化的统计特性束进行故障检测和分离故障的，参数估计更易于故障的定位与故障幅值的估计。比如：极大似然估计法、滤波器方法、最小二乘法、互相关法、辅助变量法、随机逼近法和自适应算法掣91。文献【10】针对电机转子断条故障和动态偏心

4、故障分别建立了相应的数学模型，通过数学模型参数变化如感抗和定子线电流谱成分的检测来实现故障特征信息的提取，进而实现故障诊断。文献【¨】【12】就是用参数辨识方法，利用转子导条断裂时会使等值电路中的转子电阻参数增大的机理，通过辨识转子电阻参数是否增加来判定故障是否存在，进而对异步电动机的转子断条进行了诊断和分析。基于解析模型的故障诊断方法是发展最早、研究最系统的一种故障诊断方法，能深入系统本质的动态性质和实时诊断，但是模型的建立一般是针对某一具体故障的，也会受环境条件、电机负载及建模误差等多种因素的影响，而且随着流程工业的复杂性和大规模性，实

5、际上建立被检测系统精确的数学模型是很网难的，而模型的不精确，必定会导致分析结果的精确度受到影响，所以此种方法的发展受到了很大的限制。1．2．2基于信号处理的故障诊断方法当可以得到被控过程的输入输出信号，了解对象的故障特征规律，但又很难建立被控对象的解析数学模型时，可以采用基本信号处理的方法来进行故障诊断研究。作为一种传统的故障诊断技术，基于信号处理的方法主要是利用信号模型，如相关函数、频谱、自回归滑动平均等，直接分析可测信号，提取方差、均值、幅值、相位、峭度、散度、第4页武汉科技大学硕士学位论文频谱等特征值，从而识别和评价设备所处的状态，所

6、以信号处理技术在整个故障诊断过程中起着重要的桥梁作用。目前基于信号的故障诊断方法是异步电动机和变频器故障诊断的主要途径。主要的方法有：傅立叶分析法、小波分析法、频谱分析法和相关分析法。目前已有的故障诊断技术，大都采用傅立叶变换进行信号分析，比如文献【l3】和文献u4J提到了利用基于傅立叶变换和快速傅立叶变换的定子电流频谱分析方法对转子断条故障的在线检测。文献【15】通过对转矩信号的频谱分析，识别出笼条断裂故障，并将其与机械故障区分开来，利用的是一种测量电动机的电磁转矩来检测转子故障的方法。文献【16】中详细介绍了用定子电流频谱分析检测轴承故

7、障和在线综合监测电动机故障的方法。但是傅立叶分析存在时域与频域局部化的矛盾，缺乏空间局部性，而且傅立叶分析是以信号平稳性假设为前提的，而大多数的控制系统的故障信号往往包含在瞬念信号及时变信号中。J下因如此，基于傅立叶分析的信号处理方法只能提供响应信号的统计平均结果，很难在时域和频域中同时得到非平稳信号的全部和局部化结果，使非平稳动态信号分析难以达到令人满意的程度【17】。为了克服基于定子电流的电动机故障检测中故障特征信号小，不易被分离的问题，刘振兴等人在文献【l8】中提出了“基于瞬时功率信号频谱分析的鼠笼式异步电动机转子故障在线诊断方法”。

8、通过采集定子某两个端子之间的线电压和对应的线电流，由二者的乘积即可构成瞬时功率信号。理论分析表明，与常见的基于定子线电流频谱分析方法相比，使用瞬时功率信号能避免基波电流对故障特征