低频振动采集分析仪的设计与实现

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1、硕士学位论文低频振动采集分析仪的设计与实现作者姓名匡海健学科专业控制理论与控制工程指导教师胥布工教授所在学院自动化科学与工程论文提交日期2018年4月DesignandrealizationoflowfrequencyvibrationacquisitionandanalysisinstrumentADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：KuangHaijianSupervisor：Prof.XuBugongSouthChinaUnive

2、rsityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP274学校代号：10561学号：201520112741华南理工大学硕士学位论文低频振动采集分析仪的设计与实现作者姓名：匡海健指导教师姓名、职称：胥布工教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：智能电网输电线路状态监测系统研发论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月5日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：谢巍委员：胥布工乔宇鹏祁恬摘要随着生产和生活

3、对电力资源需求的不断增大，电力传输的安全稳定性显得尤为重要。而高压输电塔线体系作为电力传输过程中最重要的部分，其稳定性直接关系着电力资源的安全传输，又因为影响输电塔线安全运行的自然因素主要有地震、强风、覆冰等。因此需要对输电塔线体系采取一定的防振措施。对输电塔线体系风速风向数据以及对应的输电塔线振幅数据进行采集，可以实现对输电塔风速风向的实时监测以及对输电塔线体系的风速预测，另外还可以结合输电塔线的有限元结构模型进行Davenport风速谱下的输电塔线体系风致振动响应时域分析、频域分析。鉴于此，本文在

4、研究了超声波风速仪的发展现状后，结合超声波测风技术、嵌入式技术、数字信号处理技术，设计并实现了一套基于ARM处理器的低频振动采集分析仪。首先，基于ARM处理器和FPGA处理器设计了低频振动采集分析仪的数据采集终端。终端的硬件电路设计主要包括数据采样模块、运算与控制模块、通信模块，软件设计主要有FPGA的软件工作流程设计和CPU软件架构设计。其次，为了提高风速测量精度，利用维纳滤波将超声波风速风向传感器工频噪声滤除，然后使用希尔伯特变换对超声波回波信号进行包络，对包络信号使用小波变换进行时域和频域的局部

5、化分析，实现对超声波信号接收时间点的检测，最后得到相应的高精度风速值。然后，使用时间序列分析法建立风速预测模型，用风速实测数据与预测模型风速数据进行对比发现风速预测存在较大误差。针对此问题利用卡尔曼滤波的迭代特性将时间序列分析法与卡尔曼滤波算法相结合，得到新的风速预测模型，将风速实测数据与新的风速预测模型预测数据进行对比发现混合算法可以显著的提高风速预测精确度。最后，基于Davenport风速谱对输电塔线体系的风致振动响应进行时域分析和频域分析，得到输电塔的位移功率谱。低频振动分析仪进行了平台搭建和测

6、试，结果表明分析仪能够实现风速风向信号和位移信号的准确采集和精确计算，证明了分析仪的可靠性。目前，该低频振动采集分析仪已经通过广东电力科学研究院的验收审核，即将投入实际使用来为电力资源的安全传输保驾护航。关键词：输电塔线体系；风速风向；风速预测模型；ARM处理器；风致振动响应IABSTRACTWiththeincreasingdemandforpowerresourcesfromproductionandliving,thesecurityandstabilityofpowertransmission

7、areparticularlyimportant.Asthemostimportantpartofthepowertransmissionprocess,thehighvoltagetransmissiontowerlinesystemisdirectlyrelatedtothesafetransmissionofpowerresources,andbecauseofthenaturalfactorsthataffectthesafeoperationofthetransmissiontowerlin

8、es,mainlyearthquakes,strongwinds,andice.Therefore,itisnecessarytotakecertainanti-vibrationmeasuresforthetransmissiontowerlinesystem.Thecollectionofwindspeedanddirectiondataofthetransmissiontowerlinesystemandthecorrespondingamplit