摘要
航空三级式同步发电机是飞机电源系统的重要构件之一，其运行正常与否与飞机的安全息息相关。旋转整流器是位于航空发电机转子上的一个重要组件，长期工作在高速旋转的恶劣工况下导致容易发生故障，进而在较短时间内对飞机安全造成危害。因此对旋转整流器故障发生瞬态过程的诊断技术研究十分必要，但目前国内外学者所提出的一些技术主要是作用在故障稳态条件下的，针对这一现状本文着力于研究提升其故障诊断的实时性，使故障发生后能被快速检测出来，进而有效的保障航空安全。 本文先在稳态条件下对比研究了多种基于频域、时频域信号处理的旋转整流器故障特征提取技术，再以此为基础进一步开展瞬态条件下的特征提取研究，并使用现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)对特征提取过程所用算法进行硬件加速，设计了相应的方案以验证其实用性。具体研究内容如下： (1)首先，基于稳态条件分析了经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition，EMD)和希尔伯特-黄变换(Hilbert-HuangTransform，HHT)在旋转整流器故障特征提取中的应用，针对HHT的不足之处研究了其改进方法，先利用变分模态分解(VariationalModeDecomposition，VMD)对HHT进行初步处理，再采用粒子群算法(ParticleSwarmOptimization，PSO)对处理后的HHT进行优化，用于确定其模态分解数和二次惩罚因子参数值。最后对所研究方法进行仿真和实际实验验证，表明采用该方法能快速有效的提取旋转整流器故障特征。 (2)其次，在瞬态条件下通过快速傅里叶变换(FastFourierTransform，FFT)和VMD研究了一种基于角度信息的旋转整流器故障特征提取技术。对所选励磁电流信号，先采用FFT或VMD进行连续的信号处理，以输出连续变化的幅值轨迹或能量值轨迹，然后通过计算轨迹各处的角度得到了角度信息特征。经实验验证，通过该角度信息特征在故障发生的短时间内即可快速准确的实施诊断，为故障的实时监测提供了理论依据。 (3)最后，使用FPGA平台对FFT处理过程进行硬件加速，设计并验证了数据采集及FFT模块的功能，可较大的加快FFT处理速度，进而提升故障特征提取的实时性。
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