异步电机故障诊断系统研究

1.1异步电机故障研究的背景和意义

世界文明的飞速进步使得工业化程度越来越高，电气化的程度也随之提高，在工农业的生产和平日的生活中非常普及；而电机可以作为能源产生装置，发电核心以及各类执行机构则是当代各行各业使用最广泛的电气装置。在电机中主要分为异步电机和同步电机，异步电机应用的功率范围从几瓦到上万千瓦，它结构简单，运行可靠，成本较低，有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。所以是应用最为广泛的电机。

因为社会对于电机的大量需求，我们不得不考虑由于电机的长期运行出现各种故障，从机械结构上来说设备的零部件和结构会在多次或持续使用后逐渐劣化，产生一些轻微的故障，降低了经济效率，如不及时修理这些轻微故障极有可能演变成严重故障，导致严重的生产事故，不仅会造成经济损失，更可能导致大型伤亡事故。从供给电源来说，例如缺相运行等故障同样会造成严重后果，与前者不同的是此类故障极有可能是突发情况，所以日常维护难以排除，所以针对此类电源供电导致的异步电机故障我们更需要重视，在故障发生前或者刚发生时予以规避和消除。

国内外电机故障时有发生，1997年深圳妈湾电厂300MW发电机进口U36型灭磁开关事故造成了不小的经济损失，最近几年美国的电机故障也消耗了大量财力，美国商务届每年要话费2000亿美元进行维修，并且这个数值还在以12%逐年递增。早期的故障辨别主要依靠操作人员的感官，通过声音，震动等做判断，需要操作人员的实践经验支撑，且一般偏向于处理较为简单的问题。到了上世界六七十年代，随着科技的发展，人们开始通过信号研究来诊断电机故障；到了八九十年代，在微型计算机的问世后，计算机诊断有了前所未有的发展，在这方面我国计算的应用均晚于发达国家，但庆幸的是，随着我国科技经济的飞速发展，我们已经跟上了计算机电机故障诊断的步伐，近几年电机故障诊断研究趋势是结合现代计算机算法例如：模糊神经控制，遗传算法，基于改进粒子群算法等通过更加智能化的计算机算法来进行电机故障诊断。这一路的发展历程我们跨过了之前定期维修，出现问题再维修这种低效率的电机故障诊断模式，开创了提前检测维修，及时维修的模式；当然在现代众多的人工智能电机故障诊断方法中，不同的算法有不同的优缺点，这个领域仍需要深入研究得出不同设备，不同情况下最优的诊断模式。

1.2现代智能算法综述

现代智能算法是一种借鉴和利用自然界的自然现象或生物体的各种原理而开发出的具有自适应环境能力的计算方法，而衡量智能算法的智能程度高低则关键在于其处理实际问题时所表现出学习的能力大小；智能算法的发展有较悠久的历史，早期的理论研究方向如符号主义，进化计算，联结主义，模拟退火算法等作为经典的智能方法时至今日仍在计算智能领域占据一席之地，而且已经取得了丰硕的理论及应用成果。随着人类文明的飞速发展，早期的经典智能算法在一代代人的努力下已经发展得具有很高实用价值，逐步发展出许多较有潜力的研究分支如混沌加密与预测算法、粒子群优化算法、多Agent系统理论及应用等，有些领域的机器智能已经超越人脑；例如在图像识别领域，近几年的机器学习识别图像的准确度已经超越了人类，而这个方向应用的现代智能算法则是卷积分神经网络算法。但这种算法需要大量的样本给机器进行学习，系统会在样本学习中快速成长起来，类似于人类的学习过程，只是通过卷积分算法进行学习的系统天生占有计算机运算快速的优势，可以在短时间的学习后达到人类大师级的智能。

相对于需要样本进行学习的智能算法，神经网络算法则是模拟人的思维模式；思维学普遍认为，人类大脑的思维分为抽象（逻辑）思维、形象（直观）思维和灵感（顿悟）思维三种基本方式。逻辑性的思维是指根据逻辑规则进行推理的过程；它先将信息化成概念，并用符号表示，然后，根据符号运算按串行模式进行逻辑推理；这一过程可以写成串行的指令，让计算机执行。然而，直观性的思维是将分布式存储的信息综合起来，结果是忽然间产生想法或解决问题的办法。这种思维方式的根本之点在于以下两点:1.信息是通过神经元上的兴奋模式分布储在网络上;2.信息处理是通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的。人工神经网络就是模拟人思维的第二种方式。这是一个非线性动力学系统，其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。虽然单个神经元的结构极其简单，功能有限，但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是极其丰富多彩的。神经网络的研究内容相当广泛，反映了多学科交叉技术领域的特点。目前，主要的研究工作集中在以下几个方面：1生物原型研究。从生理学、心理学、解剖学、脑科学、病理学等生物科学方面研究神经细胞、神经网络、神经系统的生物原型结构及其功能机理。2建立理论模型。根据生物原型的研究，建立神经元、神经网络的理论模型。其中包括概念模型、知识模型、物理化学模型、数学模型等。3网络模型与算法研究。在理论模型研究的基础上构作具体的神经网络模型，以实现计算机模拟或准备制作硬件，包括网络学习算法的研究。这方面的工作也称为技术模型研究。4人工神经网络应用系统。在网络模型与算法研究的基础上，利用人工神经网络组成实际的应用系统，例如，完成某种信号处理或模式识别的功能。

1.3异步电机故障诊断研究方法

本文的目标是结合智能算法给出异步电机的故障诊断方案，并选取一型号异步电机进行仿真验证，可以具体分为三个小目标来循序渐进地研究：