基于協(xié)方差矩陣流形的風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)境問題日益嚴重，風能作為綠色無污染能源已受到世界各國的關注和重視。隨著裝機規(guī)模的不斷擴大，及時發(fā)現(xiàn)風電機組故障并進行維修變得越來越重要。齒輪箱是風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。風電機組齒輪箱振動信號成分復雜，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水平的關鍵。因此，開展對風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，對于保證風電機組正常安全運行具有重大的實際意義。
　　本文在對風電機組齒輪箱進行振動測試的基礎上，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聯(lián)和結構信息的問題，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。
　　主要研究內容如下：
　　首先，綜述了風電機組齒輪箱故障診斷的基本理論和方法，闡述了風電機組的基本組成，分析了國內外研究現(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，針對風電機組齒輪箱多通道振動信號的關聯(lián)和結構特征提取問題，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化為一個協(xié)方差矩陣序列進行處理，可以有效表達各通道間的關聯(lián)結構信息。對協(xié)方差矩陣通過奇異值分解轉化為橢球和四元數(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性，而且在故障檢測準確率和算法復雜度上均具有一定的性能優(yōu)勢。
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