基于小波分析的船舶同步发电机故障诊断仿真分析

《基于小波分析的船舶同步发电机故障诊断仿真分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第1章引言1.1研究背景随着计算科学和控制科学的发展，各种机器设备越来越向高性能、高参数、高精度方向发展；而制造与加工工艺的提高使设备的结构越来越精细、越来越复杂；同时，需求的不断提高，使它们的功能越来越完善、自动化程度越来越高；因此，自动控制系统的规模和复杂程度也随之迅速增加。如果系统中某个设备出现故障，且不能及时检测并排除的话,就很有可能导致整个系统失效，对于船舶电力系统亦是如此。船舶电力系统是船舶上最重要的系统之一，为船上各种辅机、通讯导航设备、照明设备以及船员生活区提供电能。随着现代船舶逐渐向大型化、高速化、自动化的方向发展，船舶电站的自动化和智能化

2、程度也不断提高；而船舶自动化技术的不断发展，自动化船舶的研究与开发的推广程度越来越大，对船舶电力系统的可靠性、连续性、经济性的要求以及对船舶电站自动化程度的要求也都越来越高。船舶同步发电机是船舶电力系统的重要组成部分，它的稳定运行为船舶电力系统安全稳定供电提供了重要保证，同吋也为船舶的安全航行提供了可靠保障。因此，现代船舶要求能够及时发现船舶同步发电机运行过程屮出现的各种故障，对船舶同步发电机的故障有一定的应变能力，能实施及时有效的处理，做到及时准确的检测、诊断以及排除故障，保证船舶电力系统的供电有效性。虽然现代船舶的白动化和智能化的程度越来越高，对设备状态

3、的监控也越來越及时准确，也越来越完善，但是船舶同步发电机作为船舶主要设备之一，其工作环境恶劣，运行中的突加/突卸负载受到电动力的冲击，加上发电机生产制造工艺和制造过程有时存有缺陷，以及人为的操作不当，甚至违章操作等等，都会致使船舶同步发电机的故障率大大提高；同时，各国船级社的《钢质海船建造规范》对船舶同步发电机本身（内部）不设置继电保护要求，这对船舶电力系统的安全可靠供电是极其不利的。因此，如何及时准确的对船舶同步发电机的不止常运行状态进行实时监视，对船舶同步发电机的故障进行实时检测、诊断并排除，确保船舶电力系统的正常供电以保证船舶的安全航行，冃前已成为船舶

4、电气工程工作者广泛关注的焦点。近年来，现代测试技术和信号处理技术迅速发展，设备故障诊断技术的发展也非常快,人们可对不同工作环境条件及运行状态下的机器或工程系统的许多故障进行监测、识别和诊断随之也出现了众多故障诊断方法，如专家系统、神经网络、模糊理论、可靠性技术、信息融合技术、小波分析等等。小波分析是20世纪数学研究成果中的杰出代表之一，它具有理论深刻和应用广泛的双重意义，是继傅里叶分析Z后纯粹数学和应用数学完美结合的又一典范。小波分析作为数学学科的一个分支，汲取了现代分析学中诸如泛函分析、数值分析、傅氏分析等众多分支的精华。它为计算机科学、信号处理、图象处理

5、、数学物理、工程技术等众多学科带来了崭新的思想，提供了强有力的数学工具。小波分析是一种介于纯时域的方波分析和纯频域的傅里叶分析Z间的时频分析工具，它是一种信号的时间一尺度(时间一频率)分析方法，具有多分辨率分析(MuitiresolutionAnalysis)的特点，在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，具有对信号的自适应性，因此它可以聚焦到对象的任意细节并加以分析，能有效地检测出信号中包含的瞬态信息，被誉为分析信号的显微镜⑺。小波分析具有如下优点：(1)小

6、波分析是一种时频信号分析法，具有在时域和频域同时局部化的特点，并且可以多分辨率分析，可以由粗到细地逐步观察信号，特别适用于分析瞬态信号，具有比傅氏变换更强的特征提取能力。(2)小波变换对特征信号定位精确，分析频率范围全面。(3)小波分析能将各种交织在一起的不同频率组成的混合信号分解成不相同频率的块信号，随着分解层数的增加，重构图内信号频率降低，可见利用小波分析可以将给定信号的各频率成分区分开。(4)适当地选择基小波，使在时域上为有限支撑，在频域上也比较集中，便可以使小波变换在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，这样就有利于检测信号的瞬态变化或奇异点，而且在

7、实际工程应用中可结合其它分析工具进一步加快故障诊断速度，提高分析的精确度⑻。由于小波分析在理论上的完美性和应用上的广泛性，小波方法很快在众多学科领域中得到了广泛应用，并取得了重大进展。小波分析特别适合分析瞬态非平稳信号，很适合探测在正常信号中带有瞬吋反常现象的信号，应用于故障检测与诊断，具有良好的效果川。为此，本文应用小波分析理论对船舶同步发电机的内部故障表现的特征信号进行仿真研究，为设计船舶同步发电机的内部故障诊断仪提供一个理论依据。1.2研究现状与发展趋势设备的故障诊断方法可大致分为两类：传统故障诊断方法和智能故障诊断方法。传统故障诊断方法是利用各种物理

8、的、化学的原理和手段，通过伴随故障产生的各种物理和化