基于希爾伯特黃在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障診斷

摘 要：針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障振動(dòng)信號(hào)特性，該信號(hào)為非平穩(wěn)信號(hào)。提出基于希爾伯特黃的對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障的診斷方法。該方法是用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸夥椒▽⒃夹盘?hào)分解成包含不同特征時(shí)間尺度的本征模態(tài)函數(shù)，并對(duì)分解后得到的每一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)分量進(jìn)行希爾伯特變換，從而得出時(shí)頻平面上的幅值分布的爾伯特譜，并通過其反映出來的物理信息對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承做故障診斷分析。

關(guān)鍵詞：希爾伯特黃；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承；故障診斷

希爾伯特黃是時(shí)頻分析方法的一種，這種分析方法它可以根據(jù)信號(hào)的特征特點(diǎn)進(jìn)行分解，得到不同的頻率的信號(hào)，而且分解得到的時(shí)頻的分辨率也是很高的，它能夠很好的把不同頻率的信號(hào)聚集在一起，能夠非常實(shí)用的用在對(duì)表現(xiàn)不平穩(wěn)的信號(hào)進(jìn)行有效的處理和判斷分析上。筆者在這里把希爾伯特黃應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障診斷中，用一種新型有效的方式對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析。

1 希爾伯特黃變換的理論基礎(chǔ)

希爾伯特黃變換是美國宇航局的華裔工程師NordenE·Huang提出的一種多尺度信號(hào)分析方法——希爾伯特黃變換（Hilbert-Huang Transform，縮寫為HHT）。該方法在分析非線性、非平穩(wěn)信號(hào)中有極大的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)果得到很好的驗(yàn)證。HHT方法是在對(duì)瞬時(shí)頻率概念深入研究的基礎(chǔ)上的創(chuàng)新。它把非平穩(wěn)的信號(hào)進(jìn)行EMD分解，從而使非平穩(wěn)信號(hào)達(dá)到平穩(wěn)化的狀態(tài)，平穩(wěn)化狀態(tài)的信號(hào)經(jīng)過希爾伯特黃變換后就有了研究的物理意義。

1.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓‥MD）方法

2 基于希爾伯特黃在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障診斷的試驗(yàn)研究

本風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)上來做的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)用到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸的軸承、實(shí)驗(yàn)需要的發(fā)電機(jī)和實(shí)驗(yàn)信號(hào)的采集設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸的軸承用的是滾子軸承，改主軸軸承承受的主要是徑向作用力產(chǎn)生的載荷，同時(shí)也要承受一部分軸向作用力產(chǎn)生的載荷。本實(shí)驗(yàn)發(fā)電機(jī)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)所用的主軸設(shè)備要用聯(lián)軸器進(jìn)行連接。實(shí)驗(yàn)用風(fēng)速傳感器來采集實(shí)驗(yàn)的風(fēng)速數(shù)據(jù)。用加速度的傳感器，來采集軸承的振動(dòng)加速度的信號(hào)，該設(shè)備被安裝在主軸承上。采用DH5920動(dòng)態(tài)測(cè)試分析儀采集數(shù)據(jù)。將采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行希爾伯特譜分析。

在該實(shí)驗(yàn)中得到的希爾伯為我們很清晰明了地提取了發(fā)電機(jī)軸承出現(xiàn)故障的振動(dòng)的信號(hào)的故障特征的三個(gè)特點(diǎn)：（1）輸入軸轉(zhuǎn)頻28Hz，說明故障出現(xiàn)的位置在輸入軸上；（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸的頻率600赫茲左右；（3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸軸承的外圈的頻率在1100赫茲左右；反應(yīng)出實(shí)驗(yàn)中主軸的故障產(chǎn)生的信號(hào)是寬帶信號(hào)，這就可以判斷出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸軸承故障是表面損傷。

3 結(jié)束語

在該實(shí)驗(yàn)用我們用希爾伯特變換對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主軸軸承故障進(jìn)行了有效的診斷，并得出了非常理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法非常的正確，效果非常的好，壓主要集中表現(xiàn)在下面幾點(diǎn)： （1）該試驗(yàn)方法的研究基礎(chǔ)是以信號(hào)的局部的特征和信號(hào)的時(shí)間尺度，實(shí)驗(yàn)巧妙的集合二者的關(guān)系，反應(yīng)一定的物理特性，并且能夠把非常復(fù)雜的信號(hào)，把不平穩(wěn)、不穩(wěn)定的信號(hào)所呈現(xiàn)的函數(shù)分解為若干個(gè)本征模態(tài)函數(shù)，并找出一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，更重要的是每一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)自身的的頻率具有兩大變化特征：一是隨著采集樣本的頻率的變化而變，二是根據(jù)自身的信號(hào)的變化相對(duì)應(yīng)產(chǎn)生變化，最后，該實(shí)驗(yàn)所用的實(shí)驗(yàn)方法不會(huì)受到信號(hào)能量在實(shí)驗(yàn)中擴(kuò)散的困擾。因此實(shí)驗(yàn)所用到的實(shí)驗(yàn)信號(hào)處理的方法，在沒有線性特征、信號(hào)呈現(xiàn)不穩(wěn)定態(tài)勢(shì)等復(fù)雜信號(hào)的處理能力很強(qiáng)。（2）該方法能夠準(zhǔn)確地向我們反映出信號(hào)的特征，并且反應(yīng)的速度效率很及時(shí)。該試驗(yàn)表明了希爾伯特譜順利的提取了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承存在的故障的基本特征，在以后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障診斷中的應(yīng)用前景將會(huì)非常廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]安學(xué)利，蔣東翔，李少華.基于決策融合的直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障診斷[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（7）.