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基于改进SVD和LS-Prony的电机转子断条故障诊断 被引量:2
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作者 贾朱植 康云娟 +2 位作者 祝洪宇 张博 宋向金 《电子测量技术》 北大核心 2025年第3期100-111,共12页
采用电机定子电流信号特征分析诊断转子断条故障时,基频两侧的故障特征频率和幅值是判断故障发生与否和严重程度的重要参数。FFT算法的诊断能力严重依赖于所分析的数据长度,最小二乘Prony分析算法虽然具有短时数据分析能力,但是该方法... 采用电机定子电流信号特征分析诊断转子断条故障时,基频两侧的故障特征频率和幅值是判断故障发生与否和严重程度的重要参数。FFT算法的诊断能力严重依赖于所分析的数据长度,最小二乘Prony分析算法虽然具有短时数据分析能力,但是该方法对噪声异常敏感,当电机低频低负载运行时同样存在故障特征提取能力不足和诊断失效的问题。为解决上述问题,提出改进奇异值分解和LS-PA算法相结合的转子断条故障诊断方法。首先采用按列截断方式重构奇异值分解矩阵,根据奇异值差商确定有效阶次,进而对定子电流信号进行预处理以适度抑制噪声,然后运用LS-PA算法对预处理后的信号做故障特征识别和诊断。有限元仿真和实验分析结果表明,所提出的方法能有效抑制电流信号噪声,具有短时数据高分辨率的诊断性能,在工频和变频供电时均能实现电机轻载到满载全工况稳定运行条件下的转子断条故障诊断,诊断性能高于经典的FFT方法。 展开更多
关键词 故障诊断 奇异值分解 最小二乘Prony算法 电机定子电流信号特征分析
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Hilbert解调制方法诊断异步电机轴承故障 被引量:34
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作者 宋向金 王卓 +1 位作者 胡静涛 祝洪宇 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第21期4941-4948,共8页
针对电机电流信号特征分析(MCSA)方法诊断轴承外圈故障时易受到基频频谱泄露和偏心谐波以及供电系统噪声的影响,使得MCSA方法无法诊断低负载运行条件下的轴承外圈故障问题,提出一种基于Hilbert解调方法提取定子电流平方包络线的诊断方... 针对电机电流信号特征分析(MCSA)方法诊断轴承外圈故障时易受到基频频谱泄露和偏心谐波以及供电系统噪声的影响,使得MCSA方法无法诊断低负载运行条件下的轴承外圈故障问题,提出一种基于Hilbert解调方法提取定子电流平方包络线的诊断方法。首先使用Hilbert变换构造定子电流解析信号,并提取定子电流解析信号的平方包络线;然后对提取的平方包络线做快速傅里叶变换(FFT)分析;最后根据FFT频谱中是否存在故障特征频率fof判断轴承是否发生故障。该方法能够将故障特征频率的检测从传统的边频带成分|f1±fof|转换为对轴承外圈故障特征频率fof的直接检测,能够有效消除基频频谱泄露和供电系统强噪声的干扰。电机在不同负载运行状态下的实验结果均验证了所提方法的有效性和稳定性。 展开更多
关键词 异步电机 轴承故障 HILBERT 变换 定子电流
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鼠笼电机转子断条故障的定子电流信号平方解调分析诊断方法 被引量:11
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作者 贾朱植 徐建英 +1 位作者 宋向金 祝洪宇 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2097-2103,共7页
受基频频谱泄露影响,经典MCSA方法诊断鼠笼电机转子断条故障时的诊断能力严重依赖于电机负载大小。针对这一问题,提出了基于定子电流信号平方解调制分析诊断方法。首先采用硬件方式对定子电流信号作基于平方解调制的信号预处理,以此消... 受基频频谱泄露影响,经典MCSA方法诊断鼠笼电机转子断条故障时的诊断能力严重依赖于电机负载大小。针对这一问题,提出了基于定子电流信号平方解调制分析诊断方法。首先采用硬件方式对定子电流信号作基于平方解调制的信号预处理,以此消除制约诊断能力的基频频谱泄露,继而对解调后的信号作快速傅里叶变换,然后根据频谱中是否存在特征频率成分判断转子断条故障发生与否。在3 k W电机实验平台上对所提出的方法进行实验验证。实验结果表明,即使鼠笼电机在轻载或空载条件下运行时所提出的方法仍然能够诊断出转子断条故障,从而有效提高了诊断能力。 展开更多
关键词 鼠笼电机 解调制 转子断条 故障诊断
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时变转速运行状态下鼠笼电机转子断条故障诊断 被引量:8
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作者 贾朱植 杨理践 +1 位作者 祝洪宇 宋向金 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期834-842,共9页
电机电流信号特征分析(MCSA)是诊断鼠笼电机早期转子断条故障的常用方法。当电机在时变转速状态下运行时,转速和滑差连续变化,定子电流表现为非平稳信号,MCSA不再有效。本文提出一种鼠笼电机时变转速运行状态下的早期转子断条故障诊断... 电机电流信号特征分析(MCSA)是诊断鼠笼电机早期转子断条故障的常用方法。当电机在时变转速状态下运行时,转速和滑差连续变化,定子电流表现为非平稳信号,MCSA不再有效。本文提出一种鼠笼电机时变转速运行状态下的早期转子断条故障诊断新方法。该方法的核心是对定子电流Park矢量模平方信号作离散小波变换,然后根据转子断条故障特征频率2sf在转速连续变化期间的波形演变图谱以及小波能量变化判断故障发生与否。在3k W电机实验台上对所提出的方法进行实验验证,实验结果证实了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 鼠笼电机 转子断条 Park矢量模 离散小波变换 故障诊断
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深度子领域自适应网络电机滚动轴承跨工况故障诊断 被引量:13
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作者 宋向金 孙文举 +2 位作者 刘国海 赵文祥 王照伟 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期182-193,共12页
针对实际生产中旋转机械工况变化引起状态监测数据分布差异及获取待诊断样本标签困难问题,提出多尺度子领域自适应模型(MSDAM)的跨工况下滚动轴承故障诊断方法。首先,以原始振动信号作为输入,无需信号预处理及人工特征参数提取;其次,搭... 针对实际生产中旋转机械工况变化引起状态监测数据分布差异及获取待诊断样本标签困难问题,提出多尺度子领域自适应模型(MSDAM)的跨工况下滚动轴承故障诊断方法。首先,以原始振动信号作为输入,无需信号预处理及人工特征参数提取;其次,搭建多尺度卷积神经网络将已知标签样本和待诊断样本特征迁移到同一子空间,捕获具有细粒度信息的多尺度公共特征;然后,以不同的故障类型来划分相关子域,并通过局部最大均值距离(LMMD)来完成子域的适配,有效削弱不同工况同类故障特征的分布差异;最后,在三个数据集的多个迁移任务上进行试验验证。结果证明,所提MSDAM的跨工况故障诊断性能优于关注全局领域适配的迁移学习方法。 展开更多
关键词 轴承故障诊断 子领域自适应 迁移学习 软标签学习
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交流电机信号特征分析的滚动轴承故障诊断方法综述 被引量:38
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作者 宋向金 赵文祥 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期1582-1595,共14页
滚动轴承是保证交流电机正常运转的重要组成部件。相比于传统轴承故障诊断方法,电机电流和转速信号特征分析具有非侵入式且与控制系统共享信号的优势,逐渐被应用于交流电机轴承故障诊断领域。该文从理论模型和故障诊断两个方面,对相关... 滚动轴承是保证交流电机正常运转的重要组成部件。相比于传统轴承故障诊断方法,电机电流和转速信号特征分析具有非侵入式且与控制系统共享信号的优势,逐渐被应用于交流电机轴承故障诊断领域。该文从理论模型和故障诊断两个方面,对相关领域的重要技术和前沿研究成果进行梳理归纳。对于故障诊断,主要介绍采用电机电流信号特征分析和电机转速信号特征分析的轴承故障诊断技术,同时指出各自的优缺点。最后,分析现有研究所面临的问题和挑战,并对未来发展趋势进行展望。 展开更多
关键词 交流电机 滚动轴承 故障诊断 电流信号特征分析 转速信号特征分析
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采用整流技术的变频供电感应电机转子断条故障诊断方法 被引量:13
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作者 王万丁 宋向金 +2 位作者 陈前 赵文祥 祝洪宇 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第16期4074-4083,共10页
电机定子电流信号易受变频器电力电子开关器件和电磁干扰的影响,现有解调技术又存在计算量大的问题,为此,该文提出一种变频器供电侧电流与整流技术相结合的感应电机转子断条故障诊断方法。所提方法依据开关函数和调制理论,首先建立了变... 电机定子电流信号易受变频器电力电子开关器件和电磁干扰的影响,现有解调技术又存在计算量大的问题,为此,该文提出一种变频器供电侧电流与整流技术相结合的感应电机转子断条故障诊断方法。所提方法依据开关函数和调制理论,首先建立了变频器供电侧电流解析表达式。其次利用整流技术对变频器供电侧电流进行处理,将特征频率从传统的边带频率转化为转子断条故障特征频率,有效地抑制了电源基频频谱泄漏的影响,从而实现电机在轻载或空载运行工况下的转子断条故障诊断。最后采集变频供电感应电机不同负载运行工况下供电侧电流数据进行验证。实验数据分析表明,所提方法能够提取从空载到重载不同运行工况下的转子断条故障特征分量,有较高的稳定性,而且所需计算量少,容易实现。 展开更多
关键词 感应电机 故障诊断 转子断条 供电侧电流 整流技术
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采用贝叶斯优化和多尺度卷积网络的五相永磁同步电机匝间短路诊断 被引量:8
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作者 戴显阳 陈前 +2 位作者 宋向金 刘正蒙 徐高红 《电气工程学报》 CSCD 2023年第4期114-123,共10页
传统神经网络算法虽成功应用于永磁电机的匝间短路故障诊断中,但其在噪声干扰下难以提取出足够的故障特征量,且依靠经验选取的模型超参数无法达到性能最优,限制了其应用范围。为此,提出了一种采用贝叶斯优化的多尺度卷积神经网络算法,... 传统神经网络算法虽成功应用于永磁电机的匝间短路故障诊断中,但其在噪声干扰下难以提取出足够的故障特征量,且依靠经验选取的模型超参数无法达到性能最优,限制了其应用范围。为此,提出了一种采用贝叶斯优化的多尺度卷积神经网络算法,并将其用于五相永磁同步电机早期ITSC故障诊断。首先,使用多尺度卷积神经网络采集足够的故障特征。其次,引入贝叶斯优化算法实现模型超参数全局寻优,节省调参时间。最后,该算法通过提取实际电流信号数据实现不同短路情况下的早期ITSC故障诊断。为了证明所提算法的优越性,将其与其他四种算法进行比较,结果表明所提方法的准确率更高。 展开更多
关键词 故障诊断 匝间短路 五相永磁同步电机 多尺度卷积网络 贝叶斯优化
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多尺度多任务注意力卷积神经网络滚动轴承故障诊断方法 被引量:10
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作者 王照伟 刘传帅 +1 位作者 赵文祥 宋向金 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期65-76,共12页
针对振动信号时间尺度不一、故障特征分布差异及信息冗余等问题,提出一种多尺度多任务注意力卷积神经网络(MSTACNN)的滚动轴承故障诊断方法。首先,在参数共享单元构建多尺度卷积神经网络,提取多任务之间共享信息的多尺度通用特征;其次,... 针对振动信号时间尺度不一、故障特征分布差异及信息冗余等问题,提出一种多尺度多任务注意力卷积神经网络(MSTACNN)的滚动轴承故障诊断方法。首先,在参数共享单元构建多尺度卷积神经网络,提取多任务之间共享信息的多尺度通用特征;其次,利用多任务学习机制对故障类型、故障尺寸以及运行工况同时训练,规避单任务学习效率低下问题;然后,采用注意力机制对多尺度特征信息进行筛选,识别并保留有效特征;最后,设计了一种自适应损失权重算法,动态调整子任务的损失权重,控制不同任务的学习进度,实现了对轴承故障类型、故障尺寸以及运行工况同时识别的目标。在西储大学数据集和帕德博恩大学数据集分别对方法有效性进行验证,其中故障类型的识别准确率分别达到了99.95%和98.41%。实验结果表明,所提方法均展现出较高的识别准确率、良好的收敛速度和稳定性,具有较强的特征提取学习能力和泛化性能。 展开更多
关键词 多尺度卷积 注意力机制 多任务学习 自适应损失权重 故障诊断
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融合TKEO和Goerztel算法的感应电机转子断条故障诊断 被引量:7
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作者 王照伟 郭雯君 +1 位作者 宋向金 赵文祥 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期3679-3690,共12页
针对电机电流信号特征分析进行转子断条故障诊断时,在低负载工况或早期,转子断条故障存在故障特征微弱以及难以分离等问题,同时需借助速度传感器获取转速信息,增加了硬件成本,该文提出了融合Teager-Kaiser能量算子(TKEO)和Goertzel算法... 针对电机电流信号特征分析进行转子断条故障诊断时,在低负载工况或早期,转子断条故障存在故障特征微弱以及难以分离等问题,同时需借助速度传感器获取转速信息,增加了硬件成本,该文提出了融合Teager-Kaiser能量算子(TKEO)和Goertzel算法的感应电机转子断条故障诊断方法。首先,采用Teager-Kaiser能量算子对定子电流进行解调处理,将基频分量转化为直流分量并去除,实现边带故障特征分量到转子断条故障特征分量以及固有偏心谐波分量到转子速度谐波分量的转变,抑制基频频谱泄露对故障诊断和转速估计造成的干扰;其次,利用Goertzel算法对归一化解调信号进行频谱分析,完成转子断条故障特征分量和转子速度谐波分量的快速提取,进而实现不同负载和不同严重程度工况下转子断条的故障诊断。此外,与归一化频域能量算子进行比较,分析其计算效率和稳定性。实验结果表明,所提方法在不同负载和不同严重程度工况下均能够有效地识别转子断条故障特征分量,并且计算量少、可靠性高、实时性强以及硬件成本低。 展开更多
关键词 转子断条 GOERTZEL算法 固有偏心 Teager-Kaiser能量算子 归一化频域能量算子
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