机电系统故障诊断的理论与应用研究

本论文主要对机电系统故障检测与诊断技术进行了研究，提出了若干种故障特征信号提取新方法，并充分利用这些方法对异步电机及滚动轴承的多种故障诊断进行了大量的仿真及实验研究。 第一章概述了故障检测与诊断技术中故障特征提取方法的研究进展、存在问题及应用前景。介绍了异步电机及滚动轴承故障诊断的国内外研究现状。 第二章提出了一种基于小波分析的多尺度综合消噪算法。该算法对常规阈值方法进行了改进，给出了各尺度上噪声方差的计算公式，对多个非平稳信号消噪问题进行了对比仿真研究，仿真结果表明该算法不但能进一步提高非平稳信号的消噪精度，而且能保留信号主要细节。 第三章提出了一种基于移频思想的实时谐波消去算法。在算法的理论研究中，重点分析了锁相环电路相位误差问题，并给出了相应的解决方法。仿真分析中利用该算法实时消去特定频率的干扰信号，突出故障特征信号，提高故障特征信号的提取能力，该算法还成功地解决了电力系统单相电路瞬时谐波及无功电流的检测问题。 第四章通过对Newland谐波小波的改进构造频域紧支撑、时域性能良好的新型小波函数，可实现信号频带的任意划分，从而减少频带混叠现象，采用改进的谐波小波对多种典型的机电系统故障信号进行了分析；以Chaari.O复小波为基础构造了一个半复小波，从提高复小波算法的实时性出发，推导了半复小波单向递推算法，通过给原小波设置可调参数的方法，实现了一种能满足小波基本条件的复值小波，可以通过参数的调整调节小波滤波器在Hilbert空间的时频特性和相应的滤波性能，以加强半复小波对故障特征的提取能力。 第五章重点研究了三相异步电机定转子故障的诊断。采用半复小波变换对电机定子电流进行奇异性检测，提取故障突变信号，有助于电机故障的实时诊断；通过实时谐波消去法检测定子故障引起的高次谐波电流；采用改进的实时谐波消去法精确提取电机稳态电流中的转子断条故障特征分量；为了进一步提高转子断条故障诊断精度，利用改进的谐波小波对电机起动电流进行时频分析，提取转子断条故障特征。 第六章通过半复小波对轴承振动信号进行连续小波变换确定轴承检测系统的固有共振频率，实现轴承故障的高频共振分析，并确定故障的种类和部位。实验结果表明基于半复小波的高频共振分析法能提高滚动轴承的早期故障诊断率。