基于有限元的海上风机雷电电磁暂态分析

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作者 张萍 杨晓磊 +3 位作者 张国峰 吴伟强 陈程 李练兵 《高压电器》 北大核心 2025年第2期151-157,164,共8页

风机一旦遭受雷击,机组内部会产生强烈的电磁干扰,影响风机正常运行。为研究雷电击中海上风电机组机舱部位时对风机电子设备造成的电磁影响,文中搭建了基于有限元的海上风机机舱、塔筒及接地体模型,进行海上风机机舱遭受雷击时电磁暂态... 风机一旦遭受雷击,机组内部会产生强烈的电磁干扰,影响风机正常运行。为研究雷电击中海上风电机组机舱部位时对风机电子设备造成的电磁影响,文中搭建了基于有限元的海上风机机舱、塔筒及接地体模型,进行海上风机机舱遭受雷击时电磁暂态分布模拟实验,并提出相应的雷电防护措施。仿真结果显示,雷电击中机舱时塔筒顶部的磁感应强度最大,高达3.24×10^(-4) T,沿塔筒壁向四周逐渐衰减;磁感应强度随接地体所处环境中海水深度的增大而增大;对比风机在海洋环境下首次雷击和二次雷电回击下的电磁场分布,二次雷电流回击比首次雷击产生的磁场幅值小,约为首次雷击的1/4,但其波动更为剧烈。 展开更多

关键词 海上风机 Ansys-Maxwell 电磁暂态分析 偶极子法 有限元

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SFLA-PS-ANFIS超短期风电功率日内动态预测方法

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作者 李练兵 陈伟光 +3 位作者 李佳祺 卢盛欣 吴宁宇 于力强 《中国测试》 北大核心 2025年第3期30-36,共7页

为提高风电功率预测的准确性,减少风电对电网的负面影响,将传统的自适应神经模糊推理系统(adaptive network-based fuzzy inference system,ANFIS)与蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm,SFLA)和模式搜索(pattern search,PS)算法... 为提高风电功率预测的准确性,减少风电对电网的负面影响,将传统的自适应神经模糊推理系统(adaptive network-based fuzzy inference system,ANFIS)与蛙跳算法(shuffled frog leaping algorithm,SFLA)和模式搜索(pattern search,PS)算法相结合,提出一种超短期风电功率日内动态预测方法。首先,使用SFLA-PS算法对ANFIS模型中的参数进行优化,将归一化处理的数据集作为模型的输入构建SFLA-PS-ANFIS超短期风电功率预测模型。然后,加载待预测时刻的输入数据到模型进行预测,将预测结果更新到数据库中,并更新气象数据,每隔15 min预测一次,实现对风电功率的动态预测。最后,以张家口某风电场实际运行数据验证模型的有效性。结果表明:相较于PSOANFIS、随机森林模型,SFLA-PS-ANFIS模型在春季平均绝对百分比误差EMAPE分别降低0.472%、0.741%;夏季平均绝对百分比误差EMAPE分别降低1.826%、3.294%;秋季平均绝对百分比误差EMAPE分别降低0.039%、0.183%;冬季平均绝对百分比误差EMAPE分别降低0.354%、0.596%,所提方法在不同季节均取得最优效果,具有较强的实用性。 展开更多

关键词 风电功率预测 超短期 自适应神经模糊推理系统 蛙跳算法 模式搜索

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基于CWT-RES34的风电机组叶片裂纹状态评估 被引量：3

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作者 李练兵 肖亚泽 +3 位作者 张萍 张国峰 吴伟强 陈程 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第2期143-148,293,共7页

为有效进行风电机组叶片运行时的裂纹状态评估,提出一种基于连续小波变换(Continue Wavelet Transform,CWT)和残差神经网络(Residual Networks,ResNet)结合的叶片裂纹状态评估方法。首先对叶片加速度振动信号做CWT后生成二维彩色时频图... 为有效进行风电机组叶片运行时的裂纹状态评估,提出一种基于连续小波变换(Continue Wavelet Transform,CWT)和残差神经网络(Residual Networks,ResNet)结合的叶片裂纹状态评估方法。首先对叶片加速度振动信号做CWT后生成二维彩色时频图像,然后将图像分别作为训练集和测试集,使用34层ResNet进行训练和诊断,最后选取天津某风电场提供的1.5 MW风力发电机作为研究对象,根据其样本数据将叶片故障程度按照裂纹长度和宽度分为健康、轻微、中等、严重、危险5种状态,评估平均准确率高达98.23%,方法的有效性和可行性得到验证。 展开更多

关键词 故障诊断 风电机组 状态评估 小波变换 残差神经网络 数据预处理

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考虑特征重组与改进Transformer的风电功率短期日前预测方法 被引量：14

4

作者 李练兵 高国强 +3 位作者 吴伟强 魏玉憧 卢盛欣 梁纪峰 《电网技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期1466-1476,I0025,I0027-I0029,共15页

短期日前风电功率预测对电力系统调度计划制定有重要意义,该文为提高风电功率预测的准确性,提出了一种基于Transformer的预测模型Powerformer。模型通过因果注意力机制挖掘序列的时序依赖;通过去平稳化模块优化因果注意力以提高数据本... 短期日前风电功率预测对电力系统调度计划制定有重要意义,该文为提高风电功率预测的准确性,提出了一种基于Transformer的预测模型Powerformer。模型通过因果注意力机制挖掘序列的时序依赖;通过去平稳化模块优化因果注意力以提高数据本身的可预测性;通过设计趋势增强和周期增强模块提高模型的预测能力;通过改进解码器的多头注意力层,使模型提取周期特征和趋势特征。该文首先对风电数据进行预处理,采用完全自适应噪声集合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)将风电数据序列分解为不同频率的本征模态函数并计算其样本熵,使得风电功率序列重组为周期序列和趋势序列,然后将序列输入到Powerformer模型,实现对风电功率短期日前准确预测。结果表明,虽然训练时间长于已有预测模型,但Poweformer模型预测精度得到提升;同时,消融实验结果验证了模型各模块的必要性和有效性,具有一定的应用价值。 展开更多

关键词 风电功率预测 特征重组 Transformer模型 注意力机制 周期趋势增强

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基于AO-ESN的海上风电机组接地电阻预测 被引量：2

5

作者 张萍 杨晓磊 +3 位作者 张国峰 陈程 尹军杰 李练兵 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期480-486,共7页

针对目前2种主流求解海上风电机组接地电阻值精度不足的问题,该文提出基于天鹰算法改进的回声状态网络(AOESN),对海上风电机组接地电阻进行预测分析。分别利用BP、ESN、AO-ESN这3种网络进行预测,结果表明:AO-ESN模型的预测精度相较于BP... 针对目前2种主流求解海上风电机组接地电阻值精度不足的问题,该文提出基于天鹰算法改进的回声状态网络(AOESN),对海上风电机组接地电阻进行预测分析。分别利用BP、ESN、AO-ESN这3种网络进行预测,结果表明:AO-ESN模型的预测精度相较于BP和ESN模型分别提高了18%和14.46%,误差低至0.54%,所搭建的模型可对海上风电机组接地电阻进行精准预测。 展开更多

关键词 海上风电机组 预测 雷电 ESN 接地电阻

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漂浮式海上风力机三维尾流模型研究

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作者 张萍 李成诚 +3 位作者 韩烨 解鹏飞 檀宇航 刘鑫 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期612-617,共6页

针对漂浮式海上风电机组接地系统所处的深海环境及特殊的系泊系统,综合考虑纵荡运动对入流风速和尾流区域膨胀的影响,基于二维BP工程尾流模型,提出一种三维尾流模型(3Dksg_BP),将该模型用于全尾流区域横向和垂向风速剖面的预测。预测结... 针对漂浮式海上风电机组接地系统所处的深海环境及特殊的系泊系统,综合考虑纵荡运动对入流风速和尾流区域膨胀的影响,基于二维BP工程尾流模型,提出一种三维尾流模型(3Dksg_BP),将该模型用于全尾流区域横向和垂向风速剖面的预测。预测结果与风洞实验数据对比发现,下游1.7D、2.3D、5.0D和10.0D(D为风轮直径)等位置的预测精度均不低于97.6%。基于3Dksg_BP,研究不同频率和振幅下的纵荡运动对尾流造成的影响,结果表明:纵荡运动对尾迹的影响随频率和振幅的增大而增大,且随着下游距离的增加,纵荡运动对尾迹的影响逐渐减小。 展开更多

关键词 风力机 海上风电 尾流 尾流模型 漂浮式风力机 平台运动

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重力式海上风力机雷电暂态响应研究 被引量：1

7

作者 张萍 张海旭 +3 位作者 张国峰 尹军杰 陈程 李练兵 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期285-290,共6页

针对重力式基础海上风力机的防雷保护问题,该文构建一体化电磁暂态模型,基于电磁暂态软件ATP-EMTP研究雷电暂态响应,并分析叶片长度、塔筒高度和桨叶旋转角度等关键因素的影响。仿真结果显示:雷击引起MV级的暂态电压变化,并呈现欠阻尼... 针对重力式基础海上风力机的防雷保护问题,该文构建一体化电磁暂态模型,基于电磁暂态软件ATP-EMTP研究雷电暂态响应,并分析叶片长度、塔筒高度和桨叶旋转角度等关键因素的影响。仿真结果显示:雷击引起MV级的暂态电压变化,并呈现欠阻尼式振荡衰减,塔基处仍存在kV级的响应电压;桨叶长度和风力机塔筒高度均与雷电暂态响应幅值成正相关;当遭受雷击的叶片与水平面夹角呈90°时,机舱处暂态电压最高。 展开更多

关键词 海上风力机 雷击 暂态响应 重力式基础 一体化模型

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海上升压站雷击暂态效应研究

8

作者 张萍 张海旭 +3 位作者 卢盛欣 吴伟强 魏玉憧 李练兵 《太阳能学报》 北大核心 2025年第3期619-625,共7页

为全面研究海上风电场设备互连时雷电击中海上升压站的综合暂态效应,首先将升压站平台等效为离散化网络π型电路,基于散射参数和传输线理论搭建升压站变压器和海底电缆模型,然后搭建海上风力机与陆地输电杆塔(二者通过海底电缆与海上升... 为全面研究海上风电场设备互连时雷电击中海上升压站的综合暂态效应,首先将升压站平台等效为离散化网络π型电路,基于散射参数和传输线理论搭建升压站变压器和海底电缆模型,然后搭建海上风力机与陆地输电杆塔(二者通过海底电缆与海上升压站互连)的一体化波阻抗模型,探讨雷电击中海上风电场各部分引起的过电压分布规律。实验结果表明,雷电击中海上升压站时,产生MV级的响应电压,引起变压器处的峰值电压为雷击点电压的1/10,且其内部峰值电压略高于外壳;当雷电击中海上风力机或陆地输电杆塔,升压站变压器内部均产生kV级的响应电压。 展开更多

关键词 海上风力机 雷电 海底电缆 海上升压站 暂态效应

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海上风电场海缆接地方式安全性分析 被引量：8

9

作者 高登飞 于波 +2 位作者 杨永焱 章程 刘亚迪 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期61-68,共8页

海上风电场海缆登陆方式常常受到海岸线保护的限制,其电缆接地方式设计无法完全按照GB/T51190—2016《海底电力电缆输电工程设计规范》,导致系统运行风险等级无法量化。基于此,文中建立电缆接地仿真模型,研究了不同工况下电缆金属套感... 海上风电场海缆登陆方式常常受到海岸线保护的限制,其电缆接地方式设计无法完全按照GB/T51190—2016《海底电力电缆输电工程设计规范》,导致系统运行风险等级无法量化。基于此,文中建立电缆接地仿真模型,研究了不同工况下电缆金属套感应电压及接地电流的稳态特性,并对当前电缆接地方式进行安全性评估。研究结果论证了当前接地方式的可行性,强调了登陆点处海缆、水缆金属套电气连接的重要性。 展开更多

关键词 海上风电场 电缆接地方式 电压电流特性 安全性评估 数值模拟

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基于动量理论的风力机三维工程全尾流模型研究

10

作者 张萍 刘洪威 +3 位作者 吴宁宇 魏玉憧 李佳根 石建伟 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期460-466,共7页

为综合研究风力机尾流特性,将尾流区域分为近尾流区域和远尾流区域,并考虑风切变效应引起的风速差对尾流速度的影响,提出一种基于动量理论的三维工程全尾流模型(3DFM)。与风场实测数据对比,3DFM模型的近尾流区预测精度高达95.82%,远尾... 为综合研究风力机尾流特性,将尾流区域分为近尾流区域和远尾流区域,并考虑风切变效应引起的风速差对尾流速度的影响,提出一种基于动量理论的三维工程全尾流模型(3DFM)。与风场实测数据对比,3DFM模型的近尾流区预测精度高达95.82%,远尾流区预测精度高达95.00%,验证了模型的有效性和准确性。根据来流风不同大气稳定状态修正尾流膨胀系数和风切变系数,详细研究大气稳定状态对尾流速度分布和恢复的影响。研究结果表明大气层越稳定,风切变系数越高,下游相同位置处的尾流区域面积越大,尾流速度恢复得越慢。 展开更多

关键词 尾流效应 风电场 风力机 全尾流 风切变效应 大气稳定性

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开孔护圈对海上风力机单桩基础的冲刷防护试验 被引量：3

11

作者 俞月林 张国峰 +2 位作者 王忠岱 谢立全 李慧淑 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期420-426,共7页

基于圆形护圈调整桩基局部流场,护圈开孔进一步交换上下两侧水体,降低结构振动并减少桩基冲刷深度,从而维持风力机的正常运行。为验证开孔护圈的防护效果,开展不同开孔型式护圈防护下的单桩基础冲刷物理模型试验。通过设计9种不同型式... 基于圆形护圈调整桩基局部流场,护圈开孔进一步交换上下两侧水体,降低结构振动并减少桩基冲刷深度,从而维持风力机的正常运行。为验证开孔护圈的防护效果,开展不同开孔型式护圈防护下的单桩基础冲刷物理模型试验。通过设计9种不同型式的开孔护圈,探究护圈开孔形态、开孔数量和开孔位置对防护性能的影响。结果表明:护圈改变桩基边缘冲刷形态,护圈开孔可提高桩基前期冲刷速率;相比传统护圈,内侧开孔护圈和外侧开孔护圈防护效果较差,而中间开孔护圈可进一步减小单桩基础周围冲刷深度,并控制冲刷深度不均匀性,提升护圈防护效果。 展开更多

关键词 海上风力机 桩基础 冲刷 水槽 开孔护圈

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小型风电塔筒检测机器人设计与运动性能分析 被引量：5

12

作者 卢盛欣 孟雷 +4 位作者 于力强 侯元柏 吴伟强 贾超 孙凌宇 《机床与液压》 北大核心 2021年第21期43-49,共7页

介绍一种小型爬壁机器人,用于风电塔筒的检测,以实现难以人工检测的风电塔筒的快速检测。对机器人的整体结构进行了设计,对机器人的吸附结构进行了计算和仿真。对机器人进行动力学分析,验证驱动力矩的计算结果。对机器人进行动力学仿真... 介绍一种小型爬壁机器人,用于风电塔筒的检测,以实现难以人工检测的风电塔筒的快速检测。对机器人的整体结构进行了设计,对机器人的吸附结构进行了计算和仿真。对机器人进行动力学分析,验证驱动力矩的计算结果。对机器人进行动力学仿真,确定驱动机构输出转矩的平稳性。通过实验验证了机器人能够在塔筒表面安全稳定地运行。 展开更多

关键词 爬壁机器人 驱动机构 动力学分析

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基于稳态简谐激励的风力机模态参数识别研究

13

作者 王朝伟 陈超 +3 位作者 杨计刚 杨永焱 刘现鹏 华旭刚 《太阳能学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期331-341,共11页

该文提出基于稳态简谐激励识别固定式风力机模态参数的方法,并可考虑其迎风向和侧风向的气动阻尼耦合。该研究建立考虑惯性激振器单元的有限元模型,分析激振器质量、激振频率范围、间隔、激振力幅值以及湍流风对识别结果的影响,并选择... 该文提出基于稳态简谐激励识别固定式风力机模态参数的方法,并可考虑其迎风向和侧风向的气动阻尼耦合。该研究建立考虑惯性激振器单元的有限元模型,分析激振器质量、激振频率范围、间隔、激振力幅值以及湍流风对识别结果的影响,并选择不同激振频率以及激振器运动质量块重量对激振器的行程进行分析;此外还通过全耦合OpenFAST数值模型将采用稳态简谐激励方法、随机子空间法以及自由衰减识别方法的模态参数识别结果进行比较,结果表明:利用惯性激振器对风力机停机、运行状态进行稳态简谐激励识别其模态参数是完全可行的,并且识别结果相对环境激励法等常用方法更加可靠。 展开更多

关键词 风力机 模态分析 频率响应 系统识别 阻尼矩阵

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局部放电特高频传感器及系统现场校验与评估技术 被引量：17

14

作者 唐志国 王海青 +1 位作者 何宁辉 高登飞 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期48-54,共7页

局部放电特高频在线监测是全封闭气体绝缘开关设备(GIS)状态运维的重要手段,在电力系统得到了广泛应用。现场局放特高频在线监测系统实际应用效果,在很大程度上取决于监测系统及其传感器硬件的灵敏度,由于现场环境复杂,传感器及检测系... 局部放电特高频在线监测是全封闭气体绝缘开关设备(GIS)状态运维的重要手段,在电力系统得到了广泛应用。现场局放特高频在线监测系统实际应用效果,在很大程度上取决于监测系统及其传感器硬件的灵敏度,由于现场环境复杂,传感器及检测系统长期运行性能会下降,因此,有必要对检测系统及传感器进行现场校验。文中从特高频传感器特性、传感器安装方式和脉冲信号在GIS腔体结构内的传播衰减特性3个方面分析了影响局放特高频监测系统现场校核的因素,在CIGRE推出的局放特高频传感器灵敏度现场校验方法的基础上,提出基于待校核传感器与标准传感器检测幅值对比的现场校核方法,针对在运局放特高频在线监测系统硬件设备开展了现场有效性校验工作;结合传感器实验室校验的数据,对检测结果进行分类统计,获得了变电站在运GIS局放特高频检测系统的灵敏度和局放监测有效性情况,结果表明:传感器和检测系统存在问题的占监测点总数15.5%,其中,灵敏度低的传感器占比达到12.2%,表明传感器灵敏度低是造成监测系统效果不理想的主要原因。 展开更多

关键词 GIS 局部放电 特高频 在线监测 现场校核

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基于RF-WOA-VMD-BiGRU-Attention的神经网络模型在海浪预测中的应用 被引量：2

15

作者 李练兵 张燕亮 +3 位作者 吴伟强 魏玉憧 李佳根 卢盛欣 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第7期2638-2646,共9页

海上风电场的海况数据极其复杂导致用于海浪高度预测的输入参数极其不稳定,筛选出关键信息,提高输入参数的质量可以极大地提高海浪高度预测的准确性。以乐亭菩提岛风电场近一年的海上数据为基础,构建了一种基于随机森林(random forest, ... 海上风电场的海况数据极其复杂导致用于海浪高度预测的输入参数极其不稳定,筛选出关键信息,提高输入参数的质量可以极大地提高海浪高度预测的准确性。以乐亭菩提岛风电场近一年的海上数据为基础,构建了一种基于随机森林(random forest, RF)、鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)、变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和双向门控循环单元(bidirectional gated recurrent unit, BiGRU)的海浪预测模型。该模型利用随机森林对环境特征等输入变量进行筛选,有效减少数据冗余,然后基于WOA-VMD模型自适应确定最优参数和自适应分解原始序列,提高数据质量并消除数据噪声的干扰。此外,针对海浪预测提出了一种基于注意力机制优化的BiGRU算法,随机森林的注意力机制将为BiGRU的隐藏层状态分配不同的权重,加强关键信息的影响。实验结果表明该模型和其他模型对比,输入质量更高,预测精度更高,拟合程度更准确,对风电场海浪预测有着重大意义。 展开更多

关键词 海浪预测 随机森林 鲸鱼优化算法 变分模态分解 双向门控循环单元 注意力机制

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基于改进的Jensen模型尾流数值模拟研究 被引量：2

16

作者 张萍 刘洪威 +3 位作者 张国峰 尹军杰 陈程 李练兵 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期509-513,共5页

为提高垂直方向尾流速度的预测精度,基于尾流速度在垂直方向呈现多项式分布的假设,考虑不同高度自然风速对尾流速度的影响,提出一种改进的Jensen尾流模型。以单台风力机作为研究对象,采用Jensen模型、高斯模型和改进的Jensen模型分别对... 为提高垂直方向尾流速度的预测精度,基于尾流速度在垂直方向呈现多项式分布的假设,考虑不同高度自然风速对尾流速度的影响,提出一种改进的Jensen尾流模型。以单台风力机作为研究对象,采用Jensen模型、高斯模型和改进的Jensen模型分别对风力机尾流速度进行数值模拟,并基于改进的Jensen模型分析大气稳定性对尾流速度恢复的影响。仿真结果表明,改进的尾流模型精度优于Jensen模型和高斯模型,在下游2.5D、4.0D和8.0D(D为风轮直径)距离处的误差低至7.35%、2.82%和3.44%。尾流速度恢复和大气稳定性密切相关,越稳定的大气层湍流强度越小,越不利于尾流速度恢复。 展开更多

关键词 尾流 风电场 风力机 大气稳定性 多项式分布 JENSEN模型

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基于FSST-ResNet的滚动轴承变工况数据故障诊断研究 被引量：4

17

作者 张萍 张文海 +2 位作者 卢盛欣 孟雷 李练兵 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2022年第11期130-136,共7页

针对滚动轴承运行工况复杂多变,难以诊断的问题,提出一种基于短时傅里叶的同步压缩变换(FSST)与残差神经网络(ResNet)相结合的故障诊断方法。该方法对轴承振动信号做短时傅里叶变换后,将时频系数压缩重排,生成基于FSST时频图在3种变工... 针对滚动轴承运行工况复杂多变,难以诊断的问题,提出一种基于短时傅里叶的同步压缩变换(FSST)与残差神经网络(ResNet)相结合的故障诊断方法。该方法对轴承振动信号做短时傅里叶变换后,将时频系数压缩重排,生成基于FSST时频图在3种变工况下的训练集和测试集。考虑到深度模型的网络退化问题,采用ResNet模型对数据集进行时频特征提取和故障诊断,进一步提升轴承故障诊断的精度。通过3种变工况实验证明了该方法的有效性和可行性,平均诊断准确率高达98.9%,与其他方法相比,诊断精度有较大提高。 展开更多

关键词 滚动轴承 故障诊断 变工况 同步压缩变换 残差神经网络

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