基于協(xié)方差矩陣流形的風(fēng)電機組齒輪箱故障診斷方法研究.pdf

1、由于能源危機和環(huán)境問題日益嚴(yán)重，風(fēng)能作為綠色無污染能源已受到世界各國的關(guān)注和重視。隨著裝機規(guī)模的不斷擴大，及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機組故障并進行維修變得越來越重要。齒輪箱是風(fēng)電機組中故障率較高的部件，振動信號分析是齒輪箱故障診斷中最常用的技術(shù)。風(fēng)電機組齒輪箱振動信號成分復(fù)雜，具有較強的背景噪聲和明顯的非平穩(wěn)性。研究可以適應(yīng)振動信號非平穩(wěn)性、非高斯特征的新方法是提高其故障診斷技術(shù)水平的關(guān)鍵。因此，開展對風(fēng)電機組齒輪箱振動信號的特征提取、故障檢測與故障

2、分類等方法研究，對于保證風(fēng)電機組正常安全運行具有重大的實際意義。
　　本文在對風(fēng)電機組齒輪箱進行振動測試的基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)振動信號分析方法往往僅對單通道信號分別提取，無法提取多通道振動信號各通道間關(guān)聯(lián)和結(jié)構(gòu)信息的問題，提出了一種基于協(xié)方差矩陣流形分析的齒輪箱故障診斷方法。
　　主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，綜述了風(fēng)電機組齒輪箱故障診斷的基本理論和方法，闡述了風(fēng)電機組的基本組成，分析了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹了常用的振動信號

3、特征提取方法，在分析多通道振動信號的基礎(chǔ)上，給出了基于多通道振動信號的協(xié)方差矩陣流形表示方法。
　　其次，針對風(fēng)電機組齒輪箱多通道振動信號的關(guān)聯(lián)和結(jié)構(gòu)特征提取問題，提出了一種基于協(xié)方差矩陣流形表示的橢球可視化故障診斷方法。該方法將多通道振動時間序列轉(zhuǎn)化為一個協(xié)方差矩陣序列進行處理，可以有效表達(dá)各通道間的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)信息。對協(xié)方差矩陣通過奇異值分解轉(zhuǎn)化為橢球和四元數(shù)表示，可以實現(xiàn)齒輪箱振動狀態(tài)的可視化，然后進行各向異性分析，從而有利于理

4、解振動信號特點并進行故障診斷。
　　再次，在多通道振動信號協(xié)方差矩陣流形表示的基礎(chǔ)上，針對齒輪箱振動信號非平穩(wěn)性、非高斯的特點，提出了一種基于協(xié)方差矩陣流形黎曼距離的故障檢測與定位方法。該方法用協(xié)方差矩陣流形作為描述子，以黎曼距離作為相似性度量，結(jié)合統(tǒng)計過程控制圖來實現(xiàn)對齒輪箱故障的檢測與定位。通過實驗測試與分析，該方法不僅可以有效檢測多通道振動信號間的相關(guān)性，而且在故障檢測準(zhǔn)確率和算法復(fù)雜度上均具有一定的性能優(yōu)勢。
　　最