專利名稱：基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組領(lǐng)域，尤其是一種基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)力機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步和能源需求的日益增長(zhǎng)，我國(guó)風(fēng)力機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出大型化、海洋化的趨勢(shì)。葉片是風(fēng)力機(jī)組捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件，對(duì)風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片重達(dá)十幾噸，造價(jià)昂貴，一般風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)壽命在二十年以上，但風(fēng)力機(jī)所處的環(huán)境大都十分惡劣。尤其海上風(fēng)力機(jī)與陸上風(fēng)力機(jī)相比而言，運(yùn)行條件更復(fù)雜。因此在通常情況下，風(fēng)力機(jī)葉片運(yùn)行兩年即會(huì)發(fā)生膠衣磨損、脫落現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)小砂眼和裂紋；三年左右葉片即會(huì)出現(xiàn)大量砂眼，葉脊迎風(fēng)面尤為嚴(yán)重，風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生阻力增加，葉片防雷能力降低；五年時(shí)即達(dá)到葉片損毀的事故的高發(fā)期，葉片外表面材料已被風(fēng)沙磨損至極限，葉片粘合縫已經(jīng)露出。這種狀態(tài)下風(fēng)力機(jī)的每次停車(chē)自振所引發(fā)的彎扭力都有可能使葉片的粘合處開(kāi)裂，并在橫向裂紋處折斷。通腔砂眼在雨季會(huì)使葉片內(nèi)進(jìn)水，從而導(dǎo)致防雷指數(shù)降低，雷擊葉片事故出現(xiàn)。六年左右，某些沿海的風(fēng)力機(jī)葉片已經(jīng)磨損到極限，葉片迎風(fēng)面完全是凹凸不平的砂眼，葉片運(yùn)轉(zhuǎn)阻力增加，發(fā)電量下降。一旦葉片發(fā)生損傷，就會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，甚至造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的毀損。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析葉片故障主要由兩大類(lèi)原因，其中一個(gè)原因?yàn)閻毫託夂蛞鸬拇箫L(fēng)以及環(huán)境溫度的急劇變化導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片質(zhì)量偏心、剛度損傷的故障，另外一個(gè)因素就是長(zhǎng)期受到不同程度的振動(dòng)導(dǎo)致的葉片疲勞損傷的裂紋故障等。目前的葉片振動(dòng)故障只能監(jiān)測(cè)100HZ以下的頻率變化，也就是大風(fēng)引起的劇烈振動(dòng)才能使監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組剎車(chē)，但由于不知故障類(lèi)型和故障位置，故進(jìn)行維修維護(hù)非常困難；另一方面，大型風(fēng)力機(jī)葉片的前20階固有頻率才幾赫茲，屬于極低頻振動(dòng)，所以，目前對(duì)葉片故障不能實(shí)現(xiàn)有效的診斷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，該診斷方法簡(jiǎn)單易行、靈敏度以及精度較高、診斷成本較低、能夠有效提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片安全性、可靠性，并且對(duì)葉片故障點(diǎn)定位、故障量化與預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，其診斷方法的步驟為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，15^M^20；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；
(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片運(yùn)行狀態(tài)特征值，再與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值進(jìn)行比較得到診斷結(jié)果。而且，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值獲取方法為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，根據(jù)葉片的振動(dòng)特性找出葉片的危險(xiǎn)點(diǎn)，15 ^ M^ 20；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階的危險(xiǎn)點(diǎn)通過(guò)有限元計(jì)算模擬正常運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M 階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值。而且，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值獲取的方法為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，根據(jù)葉片的振動(dòng)特性找出葉片的危險(xiǎn)點(diǎn)，15 ^ M^ 20；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階的危險(xiǎn)點(diǎn)通過(guò)有限元計(jì)算模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值。而且，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片質(zhì)量偏心故障狀態(tài)特征值或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片剛度損傷故障狀態(tài)特征值或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片質(zhì)量偏心和剛度損傷故障狀態(tài)特征值。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果為1、本葉片故障診斷方法能夠?qū)︼L(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的異常運(yùn)行提供診斷，通過(guò)對(duì)機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能響應(yīng)信號(hào)的分析計(jì)算，快速準(zhǔn)確的診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障的位置和故障程度，為及時(shí)剎車(chē)、維修提供依據(jù)。2、本葉片故障診斷方法對(duì)機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)用應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取葉片狀態(tài)特征值，兩種方法聯(lián)合應(yīng)用，提高了整個(gè)診斷方法的可靠性。3、本葉片故障診斷方法還包括通過(guò)機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀損傷狀態(tài)特征值能夠精確找出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的故障損傷位置、 故障損傷程度，縮短維修維護(hù)查找時(shí)間，提高維修維護(hù)的效率。4、本發(fā)明診斷方法簡(jiǎn)單易行、靈敏度以及精度較高、診斷成本較低、能夠有效提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片安全性、可靠性，并且對(duì)葉片故障點(diǎn)定位、故障量化與預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。
圖1為葉片質(zhì)量偏心、損傷位置示意圖；圖2為機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的位置示意圖；圖3為支持向量機(jī)損傷識(shí)別流程圖；圖4為葉片上點(diǎn)1位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖5為葉片上點(diǎn)2位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖6為葉片上點(diǎn)3位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖7為葉片上點(diǎn)4位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖8為葉片上點(diǎn)5位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖9為葉片上點(diǎn)6位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖10為葉片上點(diǎn)7位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖11為葉片上點(diǎn)8位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖12為葉片上點(diǎn)9位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖13為葉片上點(diǎn)10位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖14為葉片上點(diǎn)11位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖15為葉片上點(diǎn)12位置質(zhì)量偏心下機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻率響應(yīng)變化率；圖16為對(duì)質(zhì)量偏心位置的分類(lèi)結(jié)果；圖17為對(duì)剛度損傷的位置的分類(lèi)結(jié)果；圖18為對(duì)任意質(zhì)量偏心的預(yù)測(cè)結(jié)果；圖19為對(duì)任意損傷程度的預(yù)測(cè)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。一種基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，風(fēng)力機(jī)葉片主要由葉脊13 ；Bf 覆14 ；葉刃15構(gòu)成，其診斷方法的步驟為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，15^M^20；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)16的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片運(yùn)行狀態(tài)特征值，再與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值進(jìn)行比較得到診斷結(jié)果，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值獲取方法為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，根據(jù)葉片的振動(dòng)特性找出葉片的危險(xiǎn)點(diǎn)，該危險(xiǎn)點(diǎn)就是葉片質(zhì)量或剛度的薄弱點(diǎn)，15 ^ M^ 20；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階的危險(xiǎn)點(diǎn)通過(guò)有限元計(jì)算模擬正常運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M 階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值。本方法還包括獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值，該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值獲取的方法為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，根據(jù)葉片的振動(dòng)特性找出葉片的危險(xiǎn)點(diǎn)，15 ^ M^ 20；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階的危險(xiǎn)點(diǎn)通過(guò)有限元計(jì)算模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值， 該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片質(zhì)量偏心故障狀態(tài)特征值或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片剛度損傷故障狀態(tài)特征值或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片質(zhì)量偏心和剛度損傷故障狀態(tài)特征值。進(jìn)一步說(shuō)該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值為葉片不同危險(xiǎn)點(diǎn)加偏心質(zhì)量故障狀態(tài)特征值或者葉片不同危險(xiǎn)點(diǎn)加剛度損傷故障狀態(tài)特征值或者葉片同一危險(xiǎn)點(diǎn)加不同偏心質(zhì)量和葉片同一危險(xiǎn)點(diǎn)加不同剛度損傷故障狀態(tài)特征值。上述對(duì)正?；蛘吖收匣蛘哌\(yùn)行狀態(tài)下獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)的方法均為用有限元方法將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)劃分為N個(gè)自由度，η個(gè)單元的振動(dòng)系統(tǒng)，其自由振動(dòng)方程為M{;r}+c{;r}+i:{;r} = (^(i)這里M、C和K分別是系統(tǒng)的N階質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣；向量{X}為節(jié)點(diǎn)的位移向量；{xj、{xj分別為節(jié)點(diǎn)的速度和加速度向量。通過(guò)模態(tài)計(jì)算分析可得到葉片前 M階的固有頻率和模態(tài)。對(duì)于風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)激振力F(t)的位移時(shí)域響應(yīng){X}由式(2)獲得；對(duì)于任一單元i，通過(guò)式C3)計(jì)算獲得其單元應(yīng)變時(shí)域響應(yīng){ ε } JP單元應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)V (t)
°= 式 O){ ε Ii = [BJi(XjijVa)i = 1/2 / { σ } / { ε } jdv 式(3)式(3)中，[B] i為單元i的幾何矩陣，{oh為單元i的應(yīng)力列陣。
將獲取的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組任一單元i的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)V(th按式(4)進(jìn)行傅立葉變換，得到其頻域響應(yīng)V(Jco)i V(Jo)i = / V (t) ^-jwtClt 式根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，對(duì)于任一單元i都可提取到對(duì)應(yīng)葉片前M階的應(yīng)變能頻域響應(yīng)為G (f) ” f = ω /2 π。通過(guò)從風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)中，提取對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)(15 < M < 20)；將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片運(yùn)行狀態(tài)特征值，再與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值進(jìn)行比較得到診斷結(jié)果。應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法為現(xiàn)有技術(shù)方法，下面作簡(jiǎn)單介紹1.診斷原理方法(1)應(yīng)變能及其變化率設(shè)任意單元i(i = 1,2, ... , η)損傷狀態(tài)下應(yīng)變能頻域響應(yīng)向量為Gdi = (Gdil， Gdi2，. . .，Gdiffl)，正常狀態(tài)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)向量為Gi = (Gil, Gi2，... , Giffl)，m為該單元應(yīng)變能頻域響應(yīng)的頻域采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；則任一單元i的應(yīng)變能變化率向量為SECRi,第j (j = 1， 2，. . .，m)個(gè)應(yīng)變能變化率為SECRij = (Gdij-Gij) /Gij式(5)(2)支持向量機(jī)的診斷原理支持向量機(jī)從本質(zhì)上講是一種前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化準(zhǔn)則，在使訓(xùn)練樣本分類(lèi)誤差極小化的前提下，盡量提高分類(lèi)器的泛化推廣能力。從實(shí)施的角度，訓(xùn)練支持向量機(jī)的核心思想等價(jià)于求解一個(gè)線性約束的二次規(guī)劃問(wèn)題，從而構(gòu)造一個(gè)超平面作為決策平面，使得特征空間中兩類(lèi)模式之間的距離最大，而且它能保證得到的解為全局最優(yōu)解。(a)支持向量機(jī)分類(lèi)算法是從線性可分情況下的最優(yōu)分類(lèi)面提出的。所謂最優(yōu)分類(lèi)面就是要求分類(lèi)面不但能將兩類(lèi)樣本點(diǎn)無(wú)錯(cuò)誤地分開(kāi)，而且要使兩類(lèi)的分類(lèi)空隙最大。設(shè)樣本集為(y1; X1)，·，(Yl, X1) , χ e Rn, y e R,d維空間中線性判別函數(shù)的一般形式為g(x) = wTx+b，則分類(lèi)面方程是wTx+b = O。在進(jìn)行分類(lèi)前，一般需要將判別函數(shù)進(jìn)行歸一化，使兩類(lèi)所有樣本都滿足 g(x) I ^ 1，此時(shí)離分類(lèi)面最近的樣本Ig(X) I = 1，而要求分類(lèi)面對(duì)所有樣本都能正確分
類(lèi)，就是要求它滿足yi(wTXi+b)-l 彡 0，i = 1，2，·，n 式(6)式(6)中使等號(hào)成立的那些樣本叫做支持向量(Support Vectors) 0兩類(lèi)樣本的分類(lèi)空隙(Margin)的間隔大小Margin = ^式(7)最優(yōu)分類(lèi)面問(wèn)題可以表示成如下的約束優(yōu)化問(wèn)題，即在式(6)的約束下，求函數(shù)式(7)的最小值
= =~(8)非線性可分的情況可以采用核函數(shù)的方法，通過(guò)核函數(shù)映射使之轉(zhuǎn)化為一個(gè)在高維特征空間中構(gòu)造線性分類(lèi)超平面的問(wèn)題。(b)對(duì)于支持向量機(jī)的回歸預(yù)測(cè)問(wèn)題，回歸函數(shù)用下列線性方程來(lái)表示f (χ) = wTx+b 式(9)最佳回歸函數(shù)通過(guò)求以下函數(shù)的最小極值得出
權(quán)利要求
1.一種基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，其特征在于該診斷方法的步驟為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，15 < M < 20 ；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片運(yùn)行狀態(tài)特征值，再與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值進(jìn)行比較得到診斷結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，其特征在于 所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值獲取方法為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，根據(jù)葉片的振動(dòng)特性找出葉片的危險(xiǎn)點(diǎn)，15^M^20；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階的危險(xiǎn)點(diǎn)通過(guò)有限元計(jì)算模擬正常運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，其特征在于 所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值獲取的方法為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，根據(jù)葉片的振動(dòng)特性找出葉片的危險(xiǎn)點(diǎn)，15^M^20；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階的危險(xiǎn)點(diǎn)通過(guò)有限元計(jì)算模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，其特征在于 所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片質(zhì)量偏心故障狀態(tài)特征值或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片剛度損傷故障狀態(tài)特征值或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片質(zhì)量偏心和剛度損傷故障狀態(tài)特征值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，其步驟為(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)；(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再計(jì)算出應(yīng)變能頻域響應(yīng)；(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片運(yùn)行狀態(tài)特征值，比較后得到診斷結(jié)果。本發(fā)明診斷方法簡(jiǎn)單易行、靈敏度以及精度較高、診斷成本較低、能夠有效提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片安全性、可靠性，并且對(duì)葉片故障點(diǎn)定位、故障量化與預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102175449SQ20111006664
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者徐玉秀, 楊偉, 邢鋼 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)