基于盲源分离的风力发电机主轴承振声诊断研究

【摘要】近年来，随着人类社会对能源需求的急速增长和日益严重的环境问题，煤、石油、天然气等传统能源所暴露的问题越来越突出。风能作为一种新型可再生能源，以其储量巨大，价格低廉，环境污染小的优势越来越受到人们的重视，使得风电装备也随之得到了迅速的发展。近年来随着我国大力发展风力发电事业，风电机组逐步增多，但随之而来的是风电机组事故频发，对风力发电机的状态监测和故障诊断显得尤为重要。在风电机组的各组成部件中，主轴承是最为重要，也是最容易出现故障的部件之一。而主轴承的工作状态是否正常，将直接影响到整个风电机组的正常运转。因而对风力机主轴承的状态监测和故障诊断显得十分有必要。目前针对风力机主轴承的诊断方法很多，其中最常用的是振动诊断法和声发射诊断法。但由于风力机运行环境经常十分恶劣，在运行过程中，反映其故障状态的特征信息经常淹没在噪声干扰信号之中，有效地提取其故障信息，对风力机主轴承的监测和诊断十分必要。国内外很多学者在这方面做了大量工作，如将专家系统、模糊系统、神经网络、小波变换、Hilbert-Huang变换、Wigner分布、支持向量机等方法应用于风力机主轴承的诊断之中，取得了很多有价值的研究成果，但同时也存在一些问题。鉴于此，本文采用盲源分离理论来探索风力机主轴承振动和声发射故障信号的提取方法，并做了如下工作：第一，介绍了风电技术的发展状况，阐述了课题的研究背景、研究的目的和意义，论述了风力机主轴承振动和声发射诊断的国内外研究现状，并指出本文的思路和采用的研究方法。第二，探讨了盲源分离的基本理论和盲源分离算法，主要阐述了FastICA算法和JADE算法的计算过程，并指出这些算法存在的不足之处。针对盲源分离算法存在的不足，探讨了采用粒子群优化算法对盲源分离过程进行的优化，并比较了各分离算法的性能。第三，建立了基于盲源分离的风力机主轴承振动诊断系统。首先探讨了振动信号的提取方法，认为包络分析对振动信号的提取较为有效，然后分别对转子试验台、风力发电机试验台和实际风力发电机主轴承的振动信号进行了分离，以实现振动故障信号的特征提取。第四，建立了基于盲源分离的风力机主轴承声发射诊断系统。首先探讨了声发射信号的提取方法，认为小波分析对声发射信号的提取较为有效，然后对风力发电机主轴承的声发射信号进行了分离，以实现声发射故障信号的特征提取。第五，根据提取的风力机主轴承信号的特点，采用集成小波神经网络对风力机主轴承进行故障诊断。针对振动信号和声发射信号的特点分别设计子神经网络，并采用决策融合神经网络进行诊断信息融合，提高了诊断效率。并对诊断算法进行了软件实现，增强了诊断方法的实用性。第六，总结本文的主要结论并对相关的研究技术进行了展望。
【作者】周昊；
【导师】陈长征；
【作者基本信息】沈阳工业大学，测试计量技术及仪器，2014，博士
【关键词】风力发电机；主轴承；故障诊断；盲源分离；振动；声发射；

【参考文献】
[1]马传香,简钟.序列模式挖掘的并行算法研究[J].计算机工程,2005,06:16-17+136.
[2]太钢炉卷轧机液压微调联合设计组.φ150/55×180液压压下四辊试验轧机厚度自动控制[J].冶金自动化,1977,03:38-61.
[3]张茂发.河北省流动人口地域类型研究[D].河北师范大学,应用数学,2014,硕士.
[4]尹利斌,任忠平,周立平.履带框架的外载荷及边界条件[J].一重技术,2001,Z1:20-22.
[5]刘智超.浅论对外汉语修辞教学的内容与方法[D].辽宁大学,汉语国际教育,2012,硕士.
[6]崔一楠.中文字体知识产权保护研究[D].黑龙江大学,民商法学,2013,硕士.
[7]魏莹莹,孙鹏飞,孙永强,蒋轶锋,於建明.真空紫外光解二氯甲烷特性研究[J].浙江工业大学学报,2012,04:414-417.
[8]郭敏.γ-分泌酶抑制剂对铂耐药卵巢癌细胞化疗敏感性影响的研究[D].河北医科大学,妇产科学,2014,硕士.
[9]马竹梧.国外钢铁工业自动化的进展及展望(上)[J].冶金自动化,1997,01:1-5.
[10]郭娟.三维超声对不孕症患者与正常妇女子宫内膜容受性的对比分析[D].山西医科大学,妇产科学（专业学位）,2013,硕士.
[11]王欣欣.某剧院大尺寸静压箱内气流分布优化及研究[D].青岛理工大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2012,硕士.
[12]李焱林.基于用户数据的好豆网商业模式研究[D].湖南大学,设计艺术学,2011,硕士.
[13]李达义,秦毅,康文杰.高渗透率微网多功能电能质量控制器[J].电力系统自动化,2015,04:103-109+151.
[14]刘铁钢.我国第三方物流企业的运作机理与运作方式研究[D].中南大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[15]王邦军,李凡长,张莉,于剑,何书萍.基于改进协方差特征的李-KNN分类算法[J].模式识别与人工智能,2014,02:173-178.
[16]王晓瑜,郭吉兆,夏巧玲,丁丽,谢复炜,张晓兵,刘惠民.石墨烯涂层固相微萃取-GC/MS法测定卷烟主流烟气中16种多环芳烃[A].中国烟草学会.CORESTA2014年大会入选论文集[C].中国烟草学会:,2014:14.
[17]黎荧如.新型DNA分子荧光探针的设计及应用研究[D].华东理工大学,2014.
[18]张宁娇.从语用学角度分析英语幽默的产生[D].大连海事大学,外国语言学及应用语言学,2004,硕士.
[19]陈芳一.广州番禺明珠星钟表有限公司市场营销策略研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[20]张晋.吉林省高速公路工程建设信息管理系统的设计及部分实现[D].吉林大学,软件工程,2013,硕士.
[21]黄鸿劼.城镇私有房屋转租法律问题研究[D].华中师范大学,民商法学,2013,硕士.
[22]曹炜,王伟,刘蓓,王永生,段开元,丁北平.受端电网负荷动态特性与三相短路电流相关性分析[J].电力系统自动化,2011,05:61-65.
[23]牛芳芳.关于三次域类数的研究[D].西南大学,基础数学,2013,硕士.
[24]隆小玉.翻译目的论视域下政府记者招待会口译方法研究[D].湖南师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[25]韦俊杰.载脂蛋白E及其拟肽对实验性自身免疫脑脊髓炎的病理学和免疫学影响[D].广西医科大学,神经病学,2013,硕士.
[26]孙芳,杜玉兰,刘琦.提升商业银行CRM应用效果途径分析[J].商业研究,2004,18:179-181.
[27]张佩灿.高铝钢脱氧工艺和造渣技术研究[D].东北大学,钢铁冶金,2011,硕士.
[28]郑程波.内蒙古自治区黄土泥岩接触面滑移的数值模拟[D].内蒙古工业大学,岩土工程,2013,硕士.
[29]申龙.实施ISO9000系列标准带来质量的全面提高[D].天津大学,软件工程,2013,硕士.
[30]袁娇.宽能谱多球中子谱仪的设计[D].中国科学院研究生院（近代物理研究所）,核技术及应用,2014,硕士.
[31]丰云.字本位视角下的离合词研究[D].湖北师范学院,汉语言文字学,2013,硕士.
[32]常广财.养老机构的灵性照顾与社工介入[D].吉林大学,社会工作,2013,硕士.
[33]岳仁超.电池管理系统的研究[D].北京交通大学,2010.
[34]樊宪宇.小纪汗煤矿11213综采工作面供电系统设计[D].西安科技大学,电气工程,2013,硕士.
[35]李赛群.安徽大学韩国留学生汉字学习调查研究[D].安徽大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[36]陈文驰.复杂环境下的ISAR成像研究[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2003,硕士.
[37]李竹行.基于DEA的汽车整车物流成本控制研究[D].北京交通大学,物流工程（专业学位）,2013,硕士.
[38]刘伟.Web服务在动态电子商务中的应用研究[D].东北财经大学,企业管理,2003,硕士.
[39]杨浩.便携式拉曼光谱仪若干关键技术的研究[D].苏州大学,光学工程（专业学位）,2014,硕士.
[40]李金红.CCL-18在慢性阻塞性肺疾病患者血清中的表达水平及意义[D].郑州大学,内科学,2013,硕士.
[41]王雪.Ti表面构建肝素—纤连蛋白-VEGF生物功能层及抗凝/诱导内皮化评价[D].西南交通大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[42]何朕,王毅,周长浩,刘彦文.球-杆系统的非线性问题[J].自动化学报,2007,05:550-553.
[43]郝玉龙.区域经济元竞合关系的研究[D].北京交通大学,2008.
[44]肖红蓉.国际服务贸易自由化与中国服务贸易发展的战略选择[D].华中师范大学,经济学,2003,硕士.
[45]王飞.修养论视域下的“致良知”及其价值[D].中南民族大学,中国哲学,2013,硕士.
[46]孟庆超.基于新型城镇化的资阳市土地利用综合评价[D].成都理工大学,自然地理学,2013,硕士.
[47]周文瑞.两性离子聚合物纳米材料的制备及性质研究[D].西北师范大学,2014.
[48]郭姝.漳州社区养老公共活动空间改造设计研究[D].华侨大学,建筑学（专业学位）,2014,硕士.
[49]吴昕洁.对我国土地征收补偿制度的研究[D].西南交通大学,法律,2013,硕士.
[50]魏晓兰.鹤发银丝映日月,丹心热血沃新花——记著名作曲家、音乐理论家、教育家黄虎威教授的音乐人生[J].音乐创作,2014,06:22-28.