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基于DSP的电机转子绕组匝间短路检测研究

作　者: 杨争艳
导　师: 刘教民
学　校: 河北工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 匝间短路故障诊断 小波变换 BP神经网络 DSP
分类号: TM303.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文研究了基于DSP的电机转子绕组匝间短路故障诊断系统。系统以DSP为数据处理核心,集数据采集、数据传输、故障诊断为一体。本研究以异步电机为数据采集信号源,分析了电机绕组匝间短路故障机理,并在此基础上确定采用微分线圈采集电机气隙电动势信息,并通过对该信号的分析,实现对电机转子绕组匝间短路的故障诊断。在系统的算法设计上,由于小波变换具有时频分析的能力,在信号分析时实现了从时域到时频域的映射,克服了傅里叶变换在信号分析中时域变换中无法体现频域突变点的不足,本研究采用小波变换对采集到的气隙电动势信号进行分析。由于信号采集过程中,信号会受到噪声污染,且转子绕组发生匝间短路故障时,气隙电动势信号会有畸变,本研究采用小波变换滤去信号采集过程中的噪声,采用Mallat算法识别信号畸变点,并通过小波包分解和重构提取故障特征向量。并将特征向量作为BP神经网络输入,以故障诊断结果作为神经网络的输出。在系统硬件设计上,系统主要包括微分探测线圈、高速模数转换器、高性能DSP芯片、高速数据缓冲FIFO、USB2.0控制器及其接口、电源转换电路、Flash程序存储单元等部分。本研究根据系统性能需求,选择以TMS320C6203B为数据处理核心,以ADS5422为信号模数转换核心,以CY7C68013作为高速接口,以SN74V245作为数据缓冲,设计了AD转换器与DSP、DSP与FIFO、USB控制器的连接电路。最后,本研究基于Matlab2009设计了界面友好的电机转子绕组匝间短路故障诊断系统。

全文目录


摘要  4-5
abstract  5-9
第一章 绪论  9-13
  1-1 电机故障诊断的意义  9
  1-2 电机故障诊断技术的发展及研究现状  9-10
  1-3 研究的主要任务  10-11
  1-4 主要研究内容  11-12
  1-5 论文的组织结构  12-13
第二章 电机转子绕组匝间短路故障诊断机理  13-21
  2-1 电机运行原理及绕组匝间短路故障原因分析  13-14
  2-2 转子绕组匝间短路诊常用方法分析  14-15
  2-3 转子绕组匝间短路诊断机理  15-20
    2-3-1 转子绕组探测线圈气隙电动势分析  15-16
    2-3-2 匝间短路状态下气隙磁动势分析  16-20
  2-4 本章小结  20-21
第三章 小波变换算法与信号处理  21-37
  3-1 傅里叶变换及其应用分析  21
  3-2 小波变换分析与故障信号识别  21-26
    3-2-1 小波变换算法  21-23
    3-2-2 故障信号识别  23-24
    3-2-3 MALLAT 算法  24-26
  3-3 小波变换去噪  26-28
  3-4 小波包变换与故障特征向量提取  28-35
    3-4-1 小波包分析  28-29
    3-4-2 小波包分解与重构  29
    3-4-3 气隙电动势信号故障特征的提取  29-35
  3-5 本章小结  35-37
第四章 BP 神经网络算法与故障诊断  37-49
  4-1 BP 神经网络拓扑结构及其算法  37-42
    4-1-1 神经网络类型与基本神经元  37-39
    4-1-2 BP 神经网络特点  39
    4-1-3 BP 神经网络结构及算法  39-42
  4-2 BP 神经网络设计  42-44
    4-2-1 学习样本选择  42
    4-2-2 输入输出向量及隐含层设计  42-43
    4-2-3 激活函数选择  43-44
    4-2-3 BP 网络结构初始值选择  44
  4-3 BP 神经网络实现绕组匝间短路故障诊断  44-48
  4-4 本章小结  48-49
第五章 系统硬件电路实现  49-57
  5-1 总体设计方案  49
  5-2 芯片选择  49-54
    5-2-1 ADC 选择  49-51
    5-2-2 DSP 芯片选择  51
    5-2-3 USB 接口芯片选择  51-52
    5-2-4 FIFO 选择  52-53
    5-2-5 FLASH 选择  53-54
  5-3 硬件连接设计  54-56
    5-3-1 ADC 与DSP 连接  54
    5-3-2 DSP 与FLASH 连接  54-55
    5-3-3 DSP、FIFO 及USB2.0 控制器的连接  55-56
  5-4 本章小结  56-57
第六章 系统软件实现  57-67
  6-1 系统总体框架  57
  6-2 MATLAB 图形用户界面设计工具MATLAB/GUI  57-58
  6-3 MATLAB 用户界面  58-61
    6-3-1 GUI 界面的创建  58-59
    6-3-2 GUI 的M 文件  59-60
    6-3-3 GUI 控件响应程序  60-61
  6-4 电机转子绕组匝间短路故障检测系统实现  61-66
    6-4-1 系统程序设计方案  61
    6-4-2 界面设计及程序运行  61-66
  6-5 本章小结  66-67
第七章 总结与展望  67-68
  7-1 本文总结  67
  7-2 展望  67-68
参考文献  68-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 一般性问题 > 电机结构及部件 > 导磁部件
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