基于DSP的风力发电机齿轮箱故障诊断系统研究

摘要

风能作为绿色可再生能源，可以很好地解决环境污染和能源匮乏的问题，因此，国家非常重视风能以及风电技术的发展。风力发电机，简称风机，作为获取风能的主要设备，一旦发生故障，将会造成巨大的经济损失。由于风机工作环境恶劣，导致风机关键部件齿轮箱常承受复杂交变载荷，极易发生损坏。所以，对风机齿轮箱的诊断维护工作显得尤为重要。
　　对风机齿轮箱的诊断维护主要体现在两方面，一方面是对风机齿轮箱的状态监测，对信号特征值的监测是其关键技术之一。针对传统方法在信号特征值阈值设置上存在的缺陷，使用黄金分割法对阈值的设置进行了优化。另一方面则是对风机齿轮箱的故障诊断，使用时域、频域、时频分析中常用的分析方法可以很好地对风机齿轮箱进行故障诊断。在现有故障诊断技术研究成果基础上，使用DSP(Digital Signal Processor)技术，并结合微软的软件平台，研究开发出了针对风机齿轮箱的故障诊断系统。
　　论文主要研究内容包括：
　　(1)分析了风机的结构、工作原理，研究了齿轮箱常见故障形式、机理以及常用的故障诊断方法，为系统的研究和开发提供了理论基础。此外，还对故障诊断系统进行了需求和功能分析，并由此搭建出系统整体框架。
　　(2)鉴于传统方法在阈值设置方法上存在的不足，使用黄金分割法在Beta分布和正态分布设置的阈值区间内寻优，得到优化后的阈值。经实验数据验证，结果表明，优化后的阈值可以最大程度上减少漏报警和误报警的发生。将该方法应用于故障诊断系统中，可以更好地对风机齿轮箱进行监测维护。
　　(3)基于TI(Texas Instruments)公司TMS320C6748型DSP开发出了集数据采集、数字信号处理、数据传输等功能于一体的硬件系统，并完成了系统的算法验证和测试。
　　(4)在微软平台上，开发出了功能丰富、实用性强、集状态监测与故障诊断于一体的软件系统，并使用该系统对某风场风机齿轮箱轴承滚动体故障进行了诊断，效果良好。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文选题来源与内容安排

第2章 风机齿轮箱故障机理及故障诊断系统框架研究

2.1 风力发电机的构成及工作机制

2.2 风机齿轮箱故障类型及特征

2.3 风机齿轮箱常见故障诊断分析方法

2.4 故障诊断系统整体框架研究及设计

2.5 本章小结

第3章 基于非参数检验估计的机械故障阈值优化

3.1 阈值优化方法的提出

3.2 趋势数据的统计分析方法——非参数检验估计法

3.3 基于贝塔分布的阈值设定方法

3.4 基于3σ原则的阈值设定方法

3.5 黄金分割阈值优化方法

3.6 风机齿轮箱故障诊断系统的阈值设定

3.7 本章小结

第4章 硬件系统开发

4.1 硬件系统框架

4.2 硬件系统搭建

4.3 下位机软件开发

4.4 硬件系统算法验证及测试

4.5 本章小结

第5章 软件系统开发

5.1 开发环境及编程工具

5.2 软件系统框架

5.3 软件系统模块开发

5.4 系统测试及案例分析

5.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间参与的项目

附录B 部分程序代码