远程风电齿轮箱状态监测诊断系统研究

【摘要】：为了保证风电机组当中最为脆弱的齿轮箱部分运转安全性，早期发现故障，防止故障发展为重大事故，对齿轮箱的运行状态的监测与故障诊断日益紧迫。并且风力发电机组工作环境一般都十分特殊，都是地处偏远，发生故障以后再进行数据采集时也是非常困难。 伴随着网络快速大面积覆盖以及网络通信质量的提高，基于Internet的设备远程状态检测与诊断已经逐步的可以实现，这为大型设备的安全监测与诊断提供了全新的途径。使得以往受限于距离的设备的安全运行问题的到解决，可以随时为对象进行工况查询与故障定位，并且可以充分共享远程资源与现场数据。 为此本文对机组齿轮箱的在线的监测与快速诊断做了以下研究工作： （1）本文所采用的状态检测与诊断途径是基于模型的故障诊断思路，为了更接近真实建立，轴系的非线性动力学模型。其后又讨论了各种常见故障在模型中的实现。 （2）故障的早期发现与监测的快速性密切相关。为此利用以上搭建的动力学模型，将现代控制理论当中的观测器方法应用到故障诊断当中，将二次滤波与自适应观测器结合起来。利用该观测器对采集的实际数据进行了监测验证。将其监测到的故障工况用重分配小波普来进行定位。为了验证以上结论的正确性，在第一部分所建模型中进行了故障仿真的验证，并在此基础上分析了系统特性。验证了诊断结果。 （3）为了解决风电机组的远程在线监测问题。本文主要搭建了一种基于arm11的远程数据采集系统结构。下位机采用linux操作系统，采用多线程的并发的数据采集与传输结构设计，提高了系统运行的速度为实时的故障诊断提供了基础；采用AD7821作为模数转换采集器，为此开发了AD7821与IDT7206的下位机驱动程序；应用LABVIEW设计了一款及时数据接收与仿真分析监测平台。从而实现了远程设备的无缝试在线监测与故障诊断。 【关键词】：非线性 故障诊断 二次滤波自适应观测器 远程监测
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP277;TH132.41
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题背景、意义及目标10-11
• 1.1.1 风电机组远程状态监测与故障诊断研究的重要意义10-11
• 1.1.2 风电机组齿轮箱远程监测与诊断的目的11
• 1.2 机械设备故障诊断综述11-15
• 1.2.1 机械设备故障诊断现状与趋势11-12
• 1.2.2 基于模型的故障诊断方法简介12-15
• 1.3 机械设备远程监测与诊断技术综述15-18
• 1.3.1 远程监测技术现状与展望15-16
• 1.3.2 远程故障监测诊断系统的简介16-17
• 1.3.3 远程故障监测与诊断系统的组成17-18
• 1.4 风电机组齿轮箱远程监测与诊断方案设计18
• 1.5 主要研究内容18-20
• 第二章 风电机组齿轮箱输出端动力学模型建立20-27
• 2.1 动力学理论基础20-21
• 2.2 轴系动力学模型建立21-25
• 2.2.1 齿轮综合扭转动力学模型22-24
• 2.2.2 轴系的有限元动力学模型24-25
• 2.3 常见故障建模25-27
• 2.3.1 齿轮摩擦故障及齿面裂纹、点蚀故障建模25-26
• 2.3.2 轴承点蚀故障建模26-27
• 第三章 基于自适应观测器的故障监测与诊断27-33
• 3.1 自适应观测理论27
• 3.2 建立SIMUlink仿真观测器27-29
• 3.2.1 建模对象单元划分27-28
• 3.2.2 SIMUlink仿真器搭建28-29
• 3.3 非线性动力学模型可观性分析与观测器设计29-32
• 3.3.1 滑膜自适应观测器工况监测实验30-31
• 3.3.2 残差二次滤波监测系统设计与验证31-32
• 3.4 小结32-33
• 第四章 齿轮箱故障仿真分析33-39
• 4.1 非线性系统特性分析方法33
• 4.2 系统故障诊断与模型特性分析33-38
• 4.2.1 模型信号分析与故障诊断33-35
• 4.2.2 故障状态下模型的特性分析35-38
• 4.3 小结38-39
• 第五章 C/S模式故障监测系统工作流程设计39-41
• 5.1 远程网络通信模式比较39-40
• 5.1.1 C/S模式39
• 5.1.2 B/S模式39
• 5.1.3 C/S与 B/S 模式比较39-40
• 5.2 软件通信模式设计40-41
• 第六章 基于arm11与LABVIEW监测与诊断系统设计41-54
• 6.1 S3C6410、AD7821及IDT7206简介41-45
• 6.2 数据采集驱动开发45-47
• 6.2.1 IDT7206与arm11接口设计45-46
• 6.2.2 数据采集字符驱动开发46-47
• 6.3 基于LINUX的下位机数据采集应用程序开发47-50
• 6.3.1 网络通信协议选择与数据传输方案设计47-48
• 6.3.2 多线程编程48-49
• 6.3.3 下位机应用程序结构设计49-50
• 6.4 基于LabVIEW的上位机软件设计50-54
• 6.4.1 LabVIEW与MATLAB混合编程50-51
• 6.4.2 基于LabVIEW的网络通信51-53
• 6.4.3 基于LabVIEW远程自适应监测系统53-54
• 第七章 总结与展望54-55
• 附录55-76
• 参考文献76-83
• 致谢83

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