基于混沌与分形理论的电机故障诊断方法.pdfVIP

第 12期 山西 焦 煤 科 技 No．12 2014年 12月 ShanxiCokingCoalScience Technology Dec．2014 · 试验研究 · 基于混沌与分形理论的电机故障诊断方法 温 华 (山西焦煤集团公司 机 电部，山西 太原 030024) 摘 要 通过对鼠笼式异步 电机故障电流信号的研究，提出了一种基于混沌以及分形理论的电 机故障诊断方法。用互信息量确定了信号时间序列相空间重构的最佳延时，并对关联维数、分形维数 进行 了分析和计算，探讨了故障和正常状态下信号的混沌及分形特性。根据电机定子电流在不同工 作情况下的分形维数和关联维数，便可确定电机故障的类型。 关键词 混沌理论；分形；故障诊断；相空间重构；盒子维数；关联维数 中图分类号：TD60 文献标识码：A 文章编号：1672—0652(2014)12—0025—04 三相交流异步电动机是应用非常广泛的电气设 1．2 盒维数 备，在 电力系统中，异步电机用电量 占整个系统总用 盒维数是一种普遍使用的维定义，它易于数学计 电量60％以上。因此 ，研究电机故障诊断方法，准确诊 算和实验测量 ，出现在20世纪2O年代并冠以种种其他 断出电机故障，对于保证电机设备安全运行以及保障 名称，如度量维、信息维、Kol—Mogorov熵、熵维以及容 企业安全生产，具有重大经济和社会意义。 量维等。由于它是1929年首先被Bouligand~I入，故又 在异步电机中，大中型异步电机多采用鼠笼型转 称Bouligand维。其定义如下： 子。由于电机启动时，转子绕组内流过很大电流，导条 腥 尺中的非空有界子集 ，记Ⅳ(A，6)表示最大 承受较大冲击力，很快升温，产生热应力，并承受离心 直径为 且能够覆盖碟 合的最小数，则F的盒维数定 应力。电机在反复启动、运行、停转时，导条和端环受 义为： 到循环热应力和变形作用。由于受力不均匀，导条因 D lira (1) InLl／DJ 应力不均匀而断裂。目前，使用较多的在线监测方法 在双对数图上画出lnN(F，6)对ln6的曲线，其直 有 ：功率谱分析 、小波变换 、Fourier频率谱分析 、Park 线部分的斜率即为该分形体的盒维数。 矢量法和扩展Park矢量法以及神经网络遗传算法、灰 1．3 关联 维数 色理论等。 Grassberger和Procaccia根据嵌入理论和重建相空 1 基本理论 间思想 ，提出了用时间序列直接计算关联维数的算 1．1 分形理论概述 法一GP算法。 分形理论属于非线性科学 ，由IBM的法国数学家 设 ( i=1，2，3，…，Ⅳ)为一时间序列 ，将其嵌入 B．B．Mandelbrot于1975年创建。分形学试图通过混乱 到m维欧式空间R中，得到一个向量集J(m)