基于STM32的异步电机故障在线监测与诊断装置的研究.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：5.48M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

声明

摘要

英文摘要

1 引言

1．1 电机故障诊断研究的目的和意义

1．2 设备故障诊断技术概述

1．3 电机故障诊断的研究现状和发展趋势

1．4 电机故障诊断装置的研究发展现状

1．5 本文的主要研究工作和内容

2 异步电机故障机理分析

2．1 异步电机结构

2．2 异步电机的工作原理

2．3 异步电机故障特征分析

2．3．1 转子断条故障特征分析

2．3．2 定子匝间短路故障特征分析

2．3．3 偏心故障特征的机理分析

2．4 本章小结

3 诊断装置故障判断及数据预处理方法

3．1 电机电流信号分析法(MCSA)

3．2 快速傅立叶变换法

3．3 经验模态分解(EMD)

3．3．1 本征模函数

3．3．2 EMD的分解过程

3．3．3 EMD的滤波特性

3．4 小结

4 电机故障诊断装置硬件电路的设计

4．1 系统总体设计方案

4．2 CPU模块

4．3 电源电路

4．4 复位电路

4．5 系统存储电路

4．5．1 SD卡简介

4．5．2 SD电路连接

4．6 通信模块

4．7 LCD显示模块

4．8 按键电路

4．9 电流采样及信号调理电路设计

4．9．1 电流互感器

4．9．2 电压互感器

4．9．3 信号调理电路的实现

4．10 A／D转换模块

4．11 本章小结

5 电机故障诊断装置软件的设计

5．1 装置软件总体介绍

5．2 故障判断流程图

5．3 故障特征提取算法流程图

5．4 AD采样流程图

5．5 SD卡操作流程图

5．6 通信程序

5．7 按键程序

5．8 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

分类号：TM76 单位代码：1036 ◎) 论文题I|：基于STM3 2的异步电机故障在线监测与诊断装作者姓名：专业名称：导师姓名：完成时间：置的研究赵阳电气工程梁赫剐教授 2 0J 7年6月10日 ˝ • ‰ ˚

中图分类号：学科分类号：型2鱼 47040 论文编号：安微理工大学硕士学位论文基于STM32的异步电机故障在线监测与诊断装置的研究作者姓名：专业名称：赵阳电氢王猩研究方向：电左系统及甚自动化导师姓名：导师单位：梁醋量』教授安徽理王太堂答辩委员会主席：王红光高王论文答辩日期：2017年6月1 日安微理工大学研究生处 2017年6月1日 ˝ • ‰ ˚

A Dissertation in Electrical engineering On--line monitoring and fault diagnosis of asynchronous motor based on STM32 devices Candidate： Zhao Yang Supervisor：Liang Zhe Department ofElectrical and Information Engineering AnHui University of Science and Technology No．1 68，Taifeng Road，Huainan，232001，P．R．CHINA ˝ • ‰ ˚

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：赵 }固日期：址年j月』日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解塞邀理王太堂有保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安筮堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：—延、弋臼签字日期：知门年f月，日导师签名：粤甏签字日期：沁I p名月卜日 ˝ • ‰ ˚

摘要摘要随着生产的进步和社会的发展，异步电动机在我们日常生产和生活中起到的作用越来越重要，作为目前世界上使用最广泛的供电设备和动力机械，它几乎占领了所有领域。如果电机出现故障，轻则对我们的日常生活带来不便，重则会有可能出现重大的工业事故和人员伤亡，因而对电机的工作状态进行监测和对其进行故障分析是非常必要而且重要的。在此背景下本文进行了基于STM32的异步电机故障在线监测与诊断装置的研究。首先本文从电机的电磁原理出发，分析了转子断条、偏心故障和匝间短路的机理，然后根据电机电流信号分析法(MCSA)从电机的故障数据频谱上进行分析，得出表征电机定子绕组匝间短路、转子断条和电机偏心的故障特征分量。当电机发生故障时，由于采集到的电流信号中高次谐波和噪声的影响，很难精确提取出表征故障特征分量，为解决这一问题本文采用了经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)法对噪声进行降噪和滤波来得到精确的故障特征分量。并通过MATLAB对转子断条和偏心故障数据进行了仿真验证和频谱分析，验证了理论分析的正确性。最后对电机故障诊断装置的硬件和软件进行设计，选择了STM32F407作为本装置的CPU，硬件部分对电源电路、电压电流传感器、信号调理电路、A／D转换电路、复位电路、LCD显示电路、SD卡存储模块，通信电路进行选择和设计。软件部分采用了I．tc／os．II嵌入式操作系统，对FFT算法、系统初始化、中断服务、 AD采样、SD卡初始化和通信等程序进行设计。搭建出了异步电机故障在线监测与诊断装置的整体模型，完成了本装置的整体设计。图[30】表[3】参[40】关键词：嵌入式操作系统；电机电流信号分析法；快速傅立叶变换；经验模态分解；故障诊断 ˝ • ‰ ˚

安徽理工大学硕士学位论文 Il ˝ • ‰ ˚

Abstract Abs仃act With the development of production and social progress，and plays a role in the induction motor to our daily production and life is more important，as the world’S use of power supply equipment and power machinery most widely,it is almost occupied in all fields．If the failure of the motoL light will cause inconvenience to our daily life， and will likely major industrial accidents and casualties，SO the motor working state monitoring and fault analysis on it is very necessary and important．Under this background，this paper studies asynchronous motor based on STM32． the fault monitoring and diagnosis system of Firstly，starting from the principle of electromagnetic motor,analyzes the mechanism of rotor broken bar,eccentricity and intertum short circuit,and then according to the motor current signal analysis method(MCSA)is analyzed from the spectrum of the motor fault data，the fault feature component characterization of motor stator winding interturn short circuit,rotor broken bars and eccentric motor．When the motor is at fault，because of the influence of harmonics and noise current signals collected in，it is difficult to accurately extract the fault feature component characterization using empirical mode decomposition，in order to solve this problem this paper(Empirical Mode，Decomposition，EMD)method of noise reduction and filtering to obtain accurate fault feature component．The simulation analysis and spectrum analysis of rotor broken bars and eccentricity fault data are carried out by MATLAB，which verifies the correctness of the theoretical analysis． Finally the design of motor fault diagnosis device of hardware and software， choose the STM32F407 as the CPU device，the hardware part of the power supply circuit,voltage and current sensor，signal conditioning circuit,A／D conversion circuit, reset circuit,LCD display circuit，SD card storage module，selection and design of communication circuit．The software part uses the J-tC／OS-II embedded operating system to design FFT algorithm，system initialization，interrupt service，AD sampling， SD card initialization and communication．The whole model of the on line monitoring and diagnosis system for asynchronous motor is set up． Figure[30】table[3]reference[40】 III ˝ • ‰ ˚

安徽理工大学硕士学位论文 KeyWords：Advanced RISC Machines；Motor Current Signature Analysis；Fast Fourier Transform；Empirical Mode Decomposition；Fault diagnosis ˝ • ‰ ˚

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