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基于电机驱动系统的齿轮故障诊断方法综述

电工技术学报 2016年第4期31卷 58-63页

作者：杨明董传洋徐殿国哈尔滨工业大学电气工程系哈尔滨150001

齿轮故障诊断技术对减少工业事故所造成的人员伤亡和经济损失具有重要的意义。首先介绍了振动诊断法和噪声分析法,然后重点对基于电机驱动系统的齿轮故障诊断方法做了综述。振动诊断法和噪声分析法属于常用的齿轮故障诊断方法,这两种方... 详细信息

齿轮故障诊断技术对减少工业事故所造成的人员伤亡和经济损失具有重要的意义。首先介绍了振动诊断法和噪声分析法,然后重点对基于电机驱动系统的齿轮故障诊断方法做了综述。振动诊断法和噪声分析法属于常用的齿轮故障诊断方法,这两种方法分别需要安装振动传感器和声音传感器,齿轮传动机构结构紧密而且构造复杂,安装机械传感器多有不便。电机电流特征分析法、负载转矩特征分析法和运动误差辨识法是基于电机驱动系统的无创诊断方法,电机电流、负载转矩以及运动误差信号都承载有齿轮的故障信息,电机电流信号可以从电机驱动器处获得,负载转矩和运动误差信号借助于辨识器也可以从驱动器处获得,避免了安装机械传感器的需求。同时分析了各种诊断方法的优缺点,总结现有研究成果及有待解决的问题,展望了未来的研究方向。

关键词：齿轮故障诊断电机驱动电机电流特征分析负载转矩信号分析

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基于电机定子电流的齿轮故障诊断方法

北京交通大学学报 2015年第5期39卷 87-91页

作者：杨明李广董传洋柴娜徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

齿轮故障诊断一般采用振动信号进行故障特征提取,但振动诊断法不便于安装传感器,易受环境和噪声影响.电机本身具有传感器的特性,定子相电流等信号能够反映负载转矩的变化.因此,针对由电机驱动的齿轮传动系统,提出了一种基于电机定子相... 详细信息

齿轮故障诊断一般采用振动信号进行故障特征提取,但振动诊断法不便于安装传感器,易受环境和噪声影响.电机本身具有传感器的特性,定子相电流等信号能够反映负载转矩的变化.因此,针对由电机驱动的齿轮传动系统,提出了一种基于电机定子相电流分析的齿轮无损故障诊断方法.推导了电机定子电流如何反应负载转矩的特性,并分析了齿轮正常与故障状态下定子电流的频谱特征,发现可通过观察边频带的出现来判断齿轮发生局部式故障.通过Matlab对故障诊断原理进行了仿真验证,在实验平台上结合频谱分析成功检测出了齿轮断齿故障.

关键词：齿轮电机驱动定子电流故障诊断电机电流特征分析

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基于电机电流分析的齿轮断齿和磨损故障诊断

科学技术与工程 2018年第10期18卷 48-52页

作者：李峰庞新宇杨兆建太原理工大学机械工程学院煤矿综采装备山西省重点实验室太原030024

提出了一种基于电机定子电流的齿轮故障诊断方法。相对于齿轮故障诊断的一般振动信号诊断方法,该方法具有可实现远程诊断、便于安装且受环境噪声影响小的优点,是一种无损的故障诊断方法。针对电机驱动的齿轮传动系统,建立了负载转矩对... 详细信息

提出了一种基于电机定子电流的齿轮故障诊断方法。相对于齿轮故障诊断的一般振动信号诊断方法,该方法具有可实现远程诊断、便于安装且受环境噪声影响小的优点,是一种无损的故障诊断方法。针对电机驱动的齿轮传动系统,建立了负载转矩对电机定子电流的理论模型;并分析了各种状况时的定子电流频谱特征,发现可以利用基频与转频的变频带、基频与啮合频率的边频来判断齿轮断齿故障和磨损故障。通过Matlab/Simulink对电机齿轮系统进行了仿真;并在实验平台上进行了验证。

关键词：齿轮故障定子电流电机电流特征分析故障诊断

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感应电机转子故障诊断方法与测试系统开发研究

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感应电机转子故障诊断方法与测试系统开发研究

作者：尹诗华国防科学技术大学

学位级别：硕士

感应电机作为重要的驱动设备,以其结构简单、可靠性高和维护方便等特点而被广泛应用于生产生活的诸多领域。电机的意外故障可能导致昂贵的维修费用,降低生产效率,严重时甚至可能危及设备和人员安全,因此,基于健康与管理技术,监测电机运... 详细信息

感应电机作为重要的驱动设备,以其结构简单、可靠性高和维护方便等特点而被广泛应用于生产生活的诸多领域。电机的意外故障可能导致昂贵的维修费用,降低生产效率,严重时甚至可能危及设备和人员安全,因此,基于健康与管理技术,监测电机运行健康状态并及时检测发现早期微弱故障是保障设备可靠性和安全性的有效途径。转子是电机的旋转部件,转子断条是典型的机械故障,危害较大。典型的以振动信号为对象的故障检测诊断方法需要加装专用物理量传感器,检测设备成本高,常常存在故障机理不明确、信号传播途径不直接、早期微弱故障检测困难等问题。针对以上问题,本文以转子断条为研究对象,开展了基于电机电流特征分析技术的非侵入式检测诊断方法的研究工作,主要的研究内容包括:1、研究了感应电机转子的构成及断条故障发生的常见原因,并从电磁学角度分析了转子断条故障对电机定子电流的影响及其特征表现。2、基于等效物理模型,建立了感应电机动态数学模型,在此基础上建立了感应电机在ABC坐标系下的转子故障仿真模型。研究表明,通过改变等效转子绕组阻值的方式,仿真模型可以有效地模拟转子断条故障,刻画了转子断条故障对电机电流的影响,为故障特征分析提供了依据。3、结合电机电流信号特点,提出了基于能量算子和主元模量的转子断条故障检测算法,并通过仿真模型数据和实测电机运行数据进行了验证,研究结果表明,能量算子算法计算简便,对数据使用量较低,适合DSP处理器完成;构建的主元模量充分考虑了电流的相序信息,且不会引入交叉项造成频谱干扰,两种算法均能实现对电机转子断条故障的检测。4、基于DSP技术,对感应电机转子断条故障测试系统进行了硬件设计,开发了信号采集与调理、模数转换、运算控制、人机交互和系统电源等电路模块,搭建了原型检测系统。

关键词：感应电机转子断条电机电流特征分析能量算子主元模量 DSP

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基于电流信号的齿轮装备齿隙参数辨识研究

基于电流信号的齿轮装备齿隙参数辨识研究

作者：杨启超昆明理工大学

学位级别：硕士

作为一个正处于经济结构转型关键期的制造业大国,中国工业机器人的使用近年来呈现爆发性增长的趋势。直齿轮与行星齿轮减速器广泛应用于工业自动化领域,是支撑工业机器人关节运转的重要零部件。其性能严重影响设备的可靠性。齿隙和刚度... 详细信息

作为一个正处于经济结构转型关键期的制造业大国,中国工业机器人的使用近年来呈现爆发性增长的趋势。直齿轮与行星齿轮减速器广泛应用于工业自动化领域,是支撑工业机器人关节运转的重要零部件。其性能严重影响设备的可靠性。齿隙和刚度可能导致行星齿轮的性能下降,因此,振动,温度和电流等被应用到行星齿轮状态监测中。电机电流特征分析(MCSA)广泛应用于电动机本身的监测,但用该项技术监测与电动机相连设备的研究却很少。本文研究的对象是伺服电机连接的齿轮传动系统,研究的目的是通过伺服电机的电流信号的监测,对啮合齿轮存在不同齿隙对电流的影响进行分析,从而建立间隙与电流的映射关系。伺服电机是整个齿轮传动系统的动力来源,其输出扭矩通常由定子电流决定。理论上,可以通过电流分析来识别机械部件的任何改变负载扭矩的运行状态。实验证明,从电流信号的角度分析,对于不同的齿轮齿隙,能有效监测间隙对系统的影响。本文研究的目是基于电动机电流信号分析(MCSA)开发一种实用有效的方法,用于对直齿轮试验台以及行星齿轮减速器齿隙的辨识。对于直齿轮齿隙,针对不同的运行状态,平稳运行与变速运行,提出不同的分析方法。平稳阶段,从不同齿隙电流信号提取多个特征,基于Fisher特征判别的方法对特征进行敏感度评估,找到对齿隙最佳的表征状态量。对于变速阶段,提取此阶段信号的正峰值之间的时间差倒数作为描述此阶段的特征指标,再结合多项式原理,对所提取的特征进行特征增强。对于行星齿轮减速器实验,提出灵敏度权重比(SWR)用于优化引入的Fisher判别分析(FDA)算法,用于对伺服电机电流信号特征的提取与筛选。再结合支持向量机(SVM)实现对行星齿轮减速器齿隙的辨识。此外,分别针对电参量的特征矩阵以及原始信号集引入了深度学习模型在齿隙辨识上的应用。电机与行星齿轮减速器相连,因此行星齿轮运行状况变化能在电动机的电流中监测出来。对比于机械设备的健康状况的传统检测方式,电流电流传感器是一种非侵入式的检测方法,成本较低且易于安装。另外,为了凸显出SWR优化的FDA算法以及SVM分类器的有效性,得到的结果与另外的六种算法的得到结果进行了对比。辨识结果显示了其优越性。最后,在不同的齿隙和载荷条件下进行了实验测试,验证了该方法的有效性。本文在直齿轮试验台以及行星齿轮减速器试验台上都得出相应的结论,通过伺服电机电流分析,结合特征提取算法,以及状态辨识算法如SVM和深度学习算法等。能对行星齿轮以及直齿轮的齿隙进行辨识,推动电流信号在设备健康领域的应用于推广。

关键词：电机电流特征分析齿轮齿隙检测 Fisher判别分析灵敏度权重比特征提取

基于MCSA的风电机组故障检测与诊断技术研究

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基于MCSA的风电机组故障检测与诊断技术研究

作者：盛仕杰上海电机学院

学位级别：硕士

在风电机组故障检测与诊断领域,目前主要采用振动检测技术和噪音检测技术。但两者存在抗干扰性弱、成本高、设备安装不便等方面的问题。为了使风电机组的故障更容易被检测与诊断,需要有一种抗干扰性强、成本较低、设备安装便利的检测与... 详细信息

在风电机组故障检测与诊断领域,目前主要采用振动检测技术和噪音检测技术。但两者存在抗干扰性弱、成本高、设备安装不便等方面的问题。为了使风电机组的故障更容易被检测与诊断,需要有一种抗干扰性强、成本较低、设备安装便利的检测与诊断方案。本文采用电机电流特征分析(Motor Current Signature Analysis,MCSA)技术设计了一套故障检测与诊断方案,应用于风电机组中关键的偏航系统和变桨系统中,取得了较好的效果。本文主要研究内容及成果如下:(1)利用MCSA技术,本文设计了一套风电机组偏航系统和变桨系统故障检测与诊断的方案。该方法利用偏航电机与变桨电机的电流信号进行故障检测与诊断,不受外界干扰、节约成本、设备安装便利。(2)针对MCSA技术在偏航系统故障检测中存在端点效应等问题,本文对其进行了三点改进。首先利用平方解调制技术对信号进行处理,再进行频谱分析。然后利用Park矢量模平方技术来改进小波分析法,检测出部分利用频谱分析无法有效诊断的故障。最后引入基于自适应白噪声改进的经验模态分解,进一步分析故障信号。仿真结果表明利用改进后的MCSA技术,可以获得更加清晰的故障特征。(3)针对风电机组变桨系统难以直接对故障进行检测的问题,本文利用改进的MCSA技术,分别通过改进后的频谱分析、小波分析与经验模态分解,对电机电流提取特征信号。仿真结果表明,该MCSA技术可以准确地识别出故障特征。

关键词：电机电流特征分析风电机组平方解调制 Park矢量模平方自适应白噪声