畢業(yè)答辯-330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)研究

2018年畢業(yè)論文答辯330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)研究學(xué)生：班級(jí)：機(jī)械141學(xué)號(hào)：一、本課題的主要研究?jī)?nèi)容●研究意義：通過有效的故障診斷對(duì)汽輪機(jī)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)維修，對(duì)保證其安全、可靠性持續(xù)運(yùn)行具有重要意義?！裱芯糠较颍喝绾螌?duì)汽輪機(jī)故障做出快速、準(zhǔn)確、有效的診斷?！裱芯糠椒ǎ翰捎萌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究方法?！裱芯窟^程：以MATLAB軟件為開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)開發(fā)了330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)?！裣到y(tǒng)介紹：該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)信號(hào)采集、信號(hào)濾波去噪、信號(hào)FFT處理、時(shí)頻域分析、故障數(shù)據(jù)提取、故障數(shù)據(jù)文件讀取、利用BP網(wǎng)絡(luò)和Elman網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷、顯示診斷結(jié)果和故障診斷類型?！裱芯拷Y(jié)果：通過十組測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)該汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、準(zhǔn)確、有效的診斷。二、本課題研究完成的內(nèi)容

1.系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，輸入層、隱含層、輸出層的設(shè)計(jì)，激活函數(shù)、訓(xùn)練函數(shù)的選擇，算法流程圖等。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)硬件組成，傳感器、前置器、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)等。汽輪機(jī)軸系振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的傳感器位置示意圖。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：安全登錄模塊、信號(hào)采集模塊、信號(hào)模擬模塊、時(shí)頻域分析模塊、BP網(wǎng)絡(luò)診斷模塊、Elman網(wǎng)絡(luò)診斷模塊。故障診斷系統(tǒng)流程圖。編寫系統(tǒng)程序清單。4.系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證：訓(xùn)練樣本、目標(biāo)輸出、測(cè)試樣本、診斷結(jié)果、誤差分析、模式識(shí)別率和準(zhǔn)確率。1.系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)果模型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型圖Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型圖1.系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)輸入層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù):9個(gè)隱含層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù):22個(gè)輸出層神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)數(shù):10個(gè)不同節(jié)點(diǎn)數(shù)誤差曲線圖激活函數(shù)：輸入層采用tansig()函數(shù)，隱含層采用logsig()函數(shù)，輸出層采用純線性的purelin()函數(shù)。1.系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)四種訓(xùn)練函數(shù)的收斂曲線traingd函數(shù)traingdm函數(shù)traingdx函數(shù)trainlm函數(shù)1.系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)四種訓(xùn)練函數(shù)的比較

通過比較，系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練函數(shù)選擇trainlm函數(shù)。

函數(shù)traingd函數(shù)traingdm函數(shù)traingdx函數(shù)trainlm函數(shù)均方誤差0.05990.06760.0009990.000987訓(xùn)練時(shí)間4s4s1s1s訓(xùn)練步數(shù)1000100017661.系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法流程圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的算法流程圖三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)信號(hào)采集系統(tǒng)的組成汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)硬件組成圖三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)瓦振測(cè)量傳感器：AD100-1H壓電式加速度傳感器AD100-1H圖優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、穩(wěn)定性好、重量輕、頻響快三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)軸振測(cè)量傳感器：HZ-891XL電渦流位移傳感器傳感器HZ-891XL圖優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、互換性誤差小、線性量程寬、基本不受介質(zhì)影響，適用于一些非接觸測(cè)量場(chǎng)合三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)前置器：與HZ-891XL電渦流位移傳感器匹配的前置器HZ-891XL圖

被測(cè)金屬導(dǎo)體與探頭之間發(fā)生相對(duì)位移，產(chǎn)生電渦流效應(yīng)，使得探頭的參數(shù)發(fā)生改變，前置器就能產(chǎn)生和探頭參數(shù)成一定線性變化的電信號(hào)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理器：選擇與AD100-1H壓電式加速度傳感器匹配的XK343L-8通道信號(hào)調(diào)理器XK343L-8通道信號(hào)調(diào)理器圖

它為壓電式加速度傳感器線圈提供24VDC、4mA恒流電源；將電路中的直流部分去除；增益范圍在[1,100]內(nèi)；頻率在1-100kHz；并行輸出BNC插座。三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集卡：PCI8757數(shù)據(jù)采集卡阿爾泰PCI數(shù)據(jù)采集卡PCI8757圖優(yōu)點(diǎn)：非線性誤差小、系統(tǒng)測(cè)量精度高、脈沖和邊沿均可觸發(fā)、工作可靠、穩(wěn)定性好、誤差小、不受周圍介質(zhì)影響，差分式模擬量的輸入保證了信號(hào)采集的有效性

三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)工控機(jī)：嵌入式平板電腦PPC-151Q嵌入式平板電腦PPC-151Q圖優(yōu)點(diǎn)：適合用于復(fù)雜、干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，工作穩(wěn)定可靠，人機(jī)界面良好三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)汽輪軟件系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)安全登錄模塊設(shè)計(jì)三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)主界面三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)信號(hào)采集系統(tǒng)硬件和濾波去噪模塊三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)巴特沃斯濾波去噪三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)FIR濾波去噪三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)移動(dòng)平均濾波去噪三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中值濾波去噪三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)維納濾波去噪三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波去噪三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)小波濾波去噪三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)振動(dòng)信號(hào)模擬模塊三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)頻域分析模塊三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)幅值分析模塊三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)BP網(wǎng)絡(luò)故障診斷模塊三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)Elman網(wǎng)絡(luò)故障診斷模塊三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)故障診斷系統(tǒng)流程圖三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)4.系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證訓(xùn)練樣本：90組目標(biāo)輸出如下：三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)4.系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試樣本：10組，如下4.系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證三、330MW熱電汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)診斷結(jié)果第1組：不平衡第2組：氣動(dòng)力偶第3組：不對(duì)中第4組：油膜渦動(dòng)第5組：轉(zhuǎn)子徑向碰磨第6組：共生松動(dòng)第7組：推力軸承損壞第8組：喘振第9組：軸承座松動(dòng)第10組：不等軸承剛度1.trainlm函數(shù)訓(xùn)練時(shí)間較短、均方誤差不大、訓(xùn)練步數(shù)很少，能夠適應(yīng)和調(diào)整學(xué)習(xí)速率并增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練的速度和精度。四、結(jié)論2.七種濾波方法中小波濾波效果非常不錯(cuò)。3.BP網(wǎng)絡(luò)比Elman網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練所需步數(shù)少，收斂