风电机组嵌入式监测系统研究

【摘要】： 风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到国家的重视,其中风力发电技术是现阶段对风能利用的主要手段。风力发电技术是是将风能转化为机械能,再将机械能转化为电能,其关键设备为风力发电机组。风力发电机组是一套复杂机械设备的集合,如其中一个环节运转过程中出现故障将会导致设备停机,造成经济损失,同时由于风力发电设备庞大,现场环境恶劣等原因,导致设备维护检修相对麻烦,因此对风力发电机组进行状态监测是十分必要的。 本文首先阐述了课题的研究背景、意义,状态监测和故障诊断技术的国内外发展现状以及在风力发电行业的应用,同时对风力发电机组的结构和工作原理进行了研究。针对风力发电组设备结构复杂、需要监测部件多且特征频率不同的特点,本文提出了以S3C2410A微处理器为核心的ARM嵌入式状态监测系统,实现采集过程的可控。采集的振动信号首先通过前端调理模块进行放大、低通滤波,然后进入A/D进行模/数转换,最后将数据送入S3C2410A进行数据的分析处理、数据显示以及数据传输。 系统软件设计选择嵌入式Linux作为嵌入式操作系统,在Linux系统下建立软件开发环境。通过串口发送数据实现对程控增益的设置,并通过GPIO口对低通滤波截止频率的进行设定。采用数字滤波的方法先对信号进行低通滤波,然后进行数据分析。数据的分析方法采用幅值域分析、时域分析和频域分析,并将信号的时域、频域波形显示在LCD上;通过对信号的波形进行分析就可以很清楚、容易地判断出故障,找出故障部件,进而达到初步故障诊断的目的。同时通过网络编程实现数据的远程传输,将数据上传到上位机进行进一步的分析处理。 通过实验证明该系统可以有效的进行信号的采集,并实现对采集过程的控制,数据处理结果可以清楚的显示在嵌入式设备上,具有良好的人机界面,能够满足制定的设计要求。 【关键词】：风电机组 状态监测 S3C2410A ARM时频分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 故障诊断技术与状态监测的研究现状和发展趋势10-12
• 1.2.1 故障诊断技术10-11
• 1.2.2 状态监测技术11-12
• 1.3 状态监测技术在风力发电中应用的现状12-13
• 1.4 本文的主要研究内容13-15
• 2 风力发电机组与嵌入式系统15-23
• 2.1 风力发电机的结构与工作原理15-16
• 2.1.1 风力发电机的结构15-16
• 2.1.2 风力发电机的工作原理16
• 2.2 嵌入式系统16-19
• 2.2.1 嵌入式系统组成16-17
• 2.2.2 嵌入式系统开发流程17-18
• 2.2.3 ARM嵌入式系统及其特点18-19
• 2.3 嵌入式操作系统的选型19-21
• 2.3.1 几种嵌入式操作系统20-21
• 2.4 嵌入式系统在风力发电机组上的应用21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 系统总体设计23-34
• 3.1 系统总体框架23-24
• 3.1.1 系统设计要求23-24
• 3.1.2 系统总体方案24
• 3.2 系统硬件平台24-27
• 3.3 系统软件平台27-30
• 3.3.1 交叉编译环境的建立28
• 3.3.2 应用软件开发流程28-30
• 3.4 信号分析方法在嵌入式系统上的实现30-33
• 3.4.1 幅域分析的实现31
• 3.4.2 时域分析的实现31
• 3.4.3 频域分析的实现31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 系统硬件电路设计34-38
• 4.1 程控抗混叠低通滤波器设计34-36
• 4.2 A/D转换模块36-37
• 4.3 本章小结37-38
• 5 设备驱动与应用程序设计38-58
• 5.1 设备驱动程序开发38-44
• 5.1.1 GPIO驱动编写39-40
• 5.1.2 串口通信程序的编写40-41
• 5.1.3 A/D驱动程序的编写41-43
• 5.1.4 A/D应用程序的编写43-44
• 5.2 数字低通滤波44-52
• 5.2.1 FIR滤波器结构45-46
• 5.2.2 FIR滤波器的设计46-49
• 5.2.3 FIR滤波器在ARM上的实现49-52
• 5.3 信号分析52-54
• 5.4 数据通信54-57
• 5.4.1 基于TCP的Socket编程54-55
• 5.4.2 服务器端程序55-56
• 5.4.3 客户端程序56-57
• 5.5 本章小结57-58
• 6 人机界面设计58-70
• 6.1 图形界面开发工具58-60
• 6.2 Qt/Embedded开发环境的建立60-63
• 6.2.1 Qt/Embedded的安装61-62
• 6.2.2 Qt中文字体的添加62-63
• 6.3 监测系统界面程序开发63-68
• 6.3.1 系统开发63-67
• 6.3.2 制作桌面启动器67-68
• 6.4 移植程序到目标机68-69
• 6.5 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

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