南极机械臂关节故障检测与定位.pdf

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1、南极机械臂关节故障检测与定位荆涛2015年01月中图分类号：TM307+.1UDC分类号：621南极机械臂关节故障检测与定位作者姓名荆涛学院名称机电学院指导教师蒋志宏答辩委员会主席宋萍申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月FaultDetectingandLocatingofSouthPoleManipulatorJointMotorCandidateName：TaoJingSchoolorDepartment:MechanicalEngineeringFacu

2、ltyMentor:ZhihongJiangChair,ThesisCommittee：PingSongDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ElectricalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他

3、人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要极地考察具有重要的战略意义，由于南北极环境的特殊性，常采用机器人进行极地科考，机器人在进行移动作业时，必须配备多功能机械臂，电机好坏决定机械臂的工作性能，所以电机故障诊断是一项重要任务。据此，本文研究了永磁同步电机的故障诊断方法并设计了故障诊断系统。首先，研究了永磁同步电机的转子偏心故障机理及其在

4、定子电流上产生的频率特征，分析了快速傅里叶算法在诊断转子偏心故障中的不足之处，提出用小波分析的方法来诊断转子偏心故障，通过小波变换，判断故障发生时间，提取故障频率，并进行了仿真；其次，研究电机过流故障的危害，设计了反时限过流保护算法，设计了欠压故障、相序错误、码盘故障和霍尔故障诊断算法，研究了基于对称分量法的电机单相短路和断路诊断方法；然后，在研究汽车故障诊断仪的工作原理和主要功能的基础上，设计了电机故障诊断系统，诊断系统通过CAN总线读取南极机械臂关节电机的电压、电流等信息，快速判断电机是否发生故障及故障

5、关节位置。诊断硬件电路主要包括电机驱动电路和信号采集处理电路两大部分，驱动电路可以用来驱动多种电机，避免了对故障电机驱动器的依赖，信号采集电路采用高精度的信号采集芯片，以获取更多的实际电流信息。最后，研究了正常电机的数学模型，建立了电机单相短路和断路故障模型，设计了simulink仿真系统，分析了对称分量法在电机故障诊断中的应用。基于文中设计的诊断系统，对研究的诊断方法进行了实验验证。关键词：小波分析；对称分量法；故障诊断系统；仿真实验IAbstractPolarexpeditionisofgreatmea

6、ningonstrategy.Robotsareoftenusedinpolarexpeditionbecauseoftheparticularenvironment.Whentherobotsinthemobileoperations,theymustbeequippedwithmultifunctionalmanipulator.Motordeterminestheworkingperformanceofthemanipulator,sothemotorfaultdiagnosisisanimporta

7、nttask.Thispaperfocusedonthefaultdiagnosismethodsofthepermanentmagnetsynchronousmotoranddesignoffaultdiagnosissystem.Firstofall,thefrequencycharacteristicsoftherotoreccentricityfaultmechanismproducedinthestatorcurrentwasstudied.Owingtotheshortcomingsofthef

8、astFouriertransformindiagnosingtherotoreccentricityfault,thetheoryofwaveletanalysiswasproposedtodiagnosetherotoreccentricityfault,bywavelettransform,thefaultoccurrencetimecanbejudgedandthefaultfrequencycanbee