Diagnostyka silników indukcyjnych metodami sztucznej inteligencji

Transkrypt

1 INSTYTUT EEKTROTECHNIKI W WARSZAWIE Samodzielna Pracownia Diagnotyi Uładów Eletromechanicznych w Kraowie Mgr inż. Maciej Sułowicz ROZPRAWA DOKTORSKA Diagnotya ilniów inducyjnych metodami ztucznej inteligencji Promotor: Prof. zw. dr hab. inż. Tadeuz Sobczy Kraów, 5

2 Sładam zczególne podzięowania mojemu Promotorowi Prof. zw. dr hab. inż. Tadeuzowi Sobczyowi za pomoc, uwagi i cenne wazówi w tracie prowadzonych badań numerycznych i pianiu rozprawy dotoriej. Autor

3 SPIS TREŚCI SPIS TREŚCI WSTĘP.... WPROWADZENIE.... PROBEMATYKA ROZPRAWY CE I TEZA PRZEGĄD ZAWARTOŚCI PRACY... 8 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO.... WPROWADZENIE.... RODZAJE USZKODZEŃ SINIKÓW INDUKCYJNYCH KATKOWYCH....3 METODY DIAGNOSTYKI SINIKÓW INDUKCYJNYCH ANAIZA I SYNTEZA STANÓW PRACY MASZYN EEKTRYCZNYCH KONCEPCJA KOMPEKSOWEGO SYSTEMU DIAGNOSTYCZNEGO STANY PRACY SINIKA ROZWAŻANE W ROZPRAWIE Ecentryczność Uzodzenie lati Nieymetria napięć zailających GENERACJA WZORCÓW DIAGNOSTYCZNYCH WPROWADZENIE MODE MATEMATYCZNY SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO PROGRAM OBICZEŃ NUMERYCZNYCH DO GENERACJI WZORCÓW DIAGNOSTYCZNYCH WYNIKI PRZYKŁADOWYCH OBICZEŃ GROMADZENIE WZORCÓW DIAGNOSTYCZNYCH EKSTRAKCJA ISTOTNYCH CECH DO OCENY DIAGNOSTYCZNEJ SINIKA WPROWADZENIE INFORMACJE ZAWARTE WE WZORCACH ROZWIĄZANIACH MODEU ANAIZA SKŁADNIKÓW GŁÓWNYCH PCA WYNIKI ANAIZY DANYCH DA OCENY STANU BADANYCH SINIKÓW ZASTOSOWANIE SIECI NEURONOWYCH DO OCENY DIAGNOSTYCZNEJ WPROWADZENIE SIECI NEURONOWE TYPU PERCEPTRONU WIEOWARSTWOWEGO SIECI NEURONOWE TYPU SVM Sieć neuronowa SVM w zadaniu regreji DANE DO TESTÓW I WERYFIKACJI OPRACOWANYCH METOD DIAGNOSTYCZNYCH WYNIKI BADAŃ NUMERYCZNYCH Klayfiacja poziomów ecentryczności Kompleowa ocena uzodzeń za pomocą ieci MP Kompleowa ocena uzodzeń za pomocą ieci SVM ROZPOZNAWANIE WZORCÓW W OCENIE DIAGNOSTYCZNEJ WPROWADZENIE DO METOD ROZPOZNAWANIA WZORCÓW PRZESTRZEŃ CECH METODY MINIMANOODEGŁOŚCIOWE W ROZPOZNAWANIU WZORCÓW ROZPOZNAWANIE POZIOMÓW USZKODZEŃ Relacja recepcji Relacja przyporządowania Relacja decyzji WYNIKI BADAŃ NUMERYCZNYCH... 3

4 SPIS TREŚCI 7 ZASTOSOWANIE OGIKI ROZMYTEJ DO DIAGNOSTYKI SINIKA OGIKA ROZMYTA A OGIKA KASYCZNA REGUŁY ROZMYTE WNIOSKOWANIA ZASTOSOWANE SYSTEMY WNIOSKOWANIA ROZMYTEGO Sytemy wnioowania rozmytego Mamdaniego Zadeha Model wnioowania Taagi Sugeno Kanga ZASTOSOWANIE SYSTEMU WNIOSKOWANIA ROZMYTEGO DO OCENY POZIOMÓW USZKODZEŃ I PODEJMOWANIA DECYZJI EKSPOATACYJNYCH... 8 WNIOSKI KOŃCOWE ITERATURA... 35

5 WSTĘP Wtęp. Wprowadzenie Najpopularniejzymi i najchętniej toowanymi mazynami w uładach napędowych ą ilnii inducyjne latowe. Zawdzięczają to niim oztom producji i eploatacji. Znalazły one powzechne zatoowanie w różnych rodzajach napędów. Moc znamionowa ilniów zaintalowanych i pracujących w obecnie toowanych uładach napędowych waha ię w bardzo zeroim przedziale od ułamów watów do megawatów. Monitoring i diagnotya tanu tych mazyn, podcza normalnej eploatacji, ą ważnymi elementami poprawiającymi niezawodność pracy całego uładu napędowego i rzutującymi na efetywność proceów technologicznych [7], [54], [45], [56], [78], [79], []. Wraz z rozwojem nowych technologii wytwarzania różnego rodzaju materiałów i urządzeń, techni cyfrowego terowania obietami technicznymi, awizycji danych pomiarowych, analizy i przetwarzania ygnałów rośnie złożoność i odpowiedzialność wpółczenych uładów napędowych, w tórych ilnii inducyjne latowe ą głównym elementem dla zautomatyzowanych proceów producyjnych i technologicznych. Z reguły ułady napędowe z ilniami inducyjnymi latowymi poiadają ytemy zabezpieczeń i ygnalizacji, tóre otrzegają przed niewłaściwymi tanami pracy napędu oraz powodują jego wyłączenie w przypadach wytąpienia awarii lub rytycznych warunów pracy. Z łatwością można twierdzić, że tai poób ontroli tanu napędu jet niewytarczający. Należy znacznie więzą uwagę poświęcić amej mazynie, tóra jet głównym elementem napędzającym ytem zapewniającym ciągłość proceu producyjnego czy technologicznego. Zalecane jet objęcie badaniami profilatyczno-diagnotycznymi mazyny napędowej na bieżąco w czaie rzeczywitym (on-line), w tracie normalnej pracy. Czynności te powinny dotarczać operatorowi napędu informacji o tanie technicznym mazyny. Poprzez działania diagnotyczne, w przypadu uzodzenia, łatwo można będzie oreślić jego rodzaj, miejce i zare. Dzięi ciągłemu monitorowaniu tanu technicznego mazyny eletrycznej możliwe jet wyrycie uzodzeń we wczenym tadium ich powtawania. Obecnie touje ię do producji mazyn i elementów napędowych coraz lepze materiały pod względem jaości, wytrzymałości i niezawodności. Pomimo tego, nadal ażda mazyna eletryczna, łącznie z napędzanym obietem oraz uładami zailania i terowania jet

6 WSTĘP narażona na liczne awarie. Atualnie, tylo dla nielicznych obietów o priorytetowym znaczeniu eonomicznym w proceie producyjnym załadu przemyłowego, wyonuje ię oreowo dodatowe badania profilatyczno-diagnotyczne. Mają ona za zadanie twierdzenie ewentualnych nieorzytnych zmian, tóre zazły lub zachodzą w badanym obiecie. Wyniiem tych badań jet wazanie zaleceń dla dalzej eploatacji lub twierdzenie onieczności wyonania remontu. Przy obecnych tendencjach w przemyśle, gdzie do najważniejzych celów przediębiortw można zaliczyć: obniżanie oztów producji, poprawę niezawodności pracy urządzeń w proceie technologicznym, podnieienie efetywności producji oraz innych czynniów techniczno-eonomicznych, zaadnym taje ię poświęcenie znacznie więzej uwagi badaniom profilatyczno-diagnotycznym. W celu umożliwienia przediębiortwu realizacji wyżej wymienionych celów należy dla jego potrzeb zaprojetować, wyonać i wdrożyć ytem prawujący automatyczny nadzór nad eploatacją urządzeń i obietów pracujących w uładach napędowych. Wypoażenie napędów, nie tylo tych odpowiedzialnych, w ytemy diagnotyczne tanu elementów uładu, w tym ilnia prowadzić może do itotnej reducji oztów obługi technicznej oraz umożliwi znalezienie optymalnych metod i programów remontów. Poprzez oreową ocenę tanu technicznego, będzie można wyrywać powtawanie różnego rodzaju uzodzeń i śledzić ich rozwój. Wczene wyrycie nieorzytnych zjawi zachodzących w ilniu pozwoli uninąć długotrwałych załóceń proceu technologicznego, wywołanych przez awarię mazyny oraz pozwoli z wyprzedzeniem właściwie zaplanować działania remontowo-eploatacyjne. Szybi potęp w rozwoju omputerowych ytemów pomiarowych i awizycji danych, coraz niżzy ozt intalacji różnego rodzaju czujniów i przetworniów pomiarowych oraz możliwości tranmiji danych poprzez różne media omuniacyjne twarza nowe możliwości budowy i toowania ytemów diagnotycznych dla ilniów inducyjnych. Dzięi rozwojowi techni awizycji i tranmiji danych itnieje możliwość budowy ytemu diagnotycznego pozwalającego na zdalną ocenę tanu ilnia np. poprzez ieć AN, Internet czy przez telefonię omórową GSM. Sytemy te mogą być oparte o layczne reguły wnioowania, gdzie na etapie opracowania algorytmów diagnotycznych, dużą rolę odgrywa wiedza człowiea na temat diagnozowanego obietu oraz jego zdolności potrzegania charaterytycznych cech opiujących różne tany pracy obietów. Oprócz ytemów, tórych działanie jet uzależnione od algorytmów opracowanych przez człowiea, na etapie wnioowania

7 WSTĘP 3 diagnotycznego coraz częściej wprowadza ię metody ztucznej inteligencji. Zatoowanie tych metod twarza więze możliwości oceny oraz wydania trafnej diagnozy przez uład wnioowania na podtawie charaterytycznych cech. Możliwe jet to dzięi odnajdowaniu przez taiego rodzaju ytemy zależności i relacji w uładzie cech, na podtawie tórych można jednoznacznie oreślić tan mazyny. Na potrzeby diagnotyi mazyn eletrycznych pozuuje ię coraz to nowzych i bardziej utecznych metod oceny ich tanu. Nauowcy i inżynierowie zajmujący ię tym problemem proponują do oceny tanu mazyn inducyjnych latowych wiele poobów i metod diagnotycznych [7], [54], [45], [56], [78], [79], []. Na zczególną uwagę załugują bezinwazyjne metody oceny tanu. Metody te, na podtawie dotępnych pomiarów prądów zailających uzwojenia mazyny, napięć zailających, drgań w różnych częściach obudowy i wału, momentów czy temperatury, w czaie normalnej eploatacji, pozwalają z dużym prawdopodobieńtwem oreślić atualny tan mazyny. Ze względu na rodzaj techni wnioowania, atualnie toowane metody oceny tanu w bezinwazyjnych ytemach diagnotycznych, można podzielić na trzy zaadnicze grupy: metody tatytyczne i analizy ygnałów pomiarowo dotępnych, metody oparte o modele matematyczne mazyn, metody ztucznej inteligencji i ytemy epertowe. Pierwza grupa metod wyorzytuje zaawanowany aparat matematyczny do etracji itotnych cech, tóre ą podtawowymi danymi do oceny diagnotycznej tanu obietu. Wśród metod etracji itotnych cech można wyróżnić różnego rodzaju przeztałcenia, tranformacje i opcje analizy widmowej np. tranformację FFT, tranformację falową, PCA, ICA, deompozycję SVD i wg wartości włanych, opi poprzez tatytyi wyżzych rzędów (HOS), odwzorowania nieliniowe itp. [4], [5], [7], [3], [68]. Oceny tanu doonuje ię na podtawie różnego rodzaju tatyty, rozładów czy map cech. Diagnotya oparta na metodach analizy ygnałów wyorzytuje wiedzę i doświadczenie człowiea. Z reguły to on doonuje interpretacji atualnych danych, uzyiwanych z pomiarów i ich analizy. Wśród drugiej grupy metod, opartej o modele matematyczne, touje ię różnego rodzaju modele opiu tanów pracy mazyn przy rozważanych rodzajach uzodzeń. Do opiu zjawi wytępujących w diagnozowanych mazynach touje ię modele obwodowe, polowe, modele oberwatorów tanu czy identyfiacji parametrów on-line. Powodzenie

8 WSTĘP 4 toowania metod diagnotyi opartej o modele matematyczne jet uzależnione od doładności odwzorowania zjawi zachodzących w mazynie. Na ońcową potać trafności oceny ma wpływ adewatność zatoowanego modelu matematycznego [95], [3]. W trzeciej grupie metod wyorzytuje ię potęp prac w zareie ztucznej inteligencji dla celów diagnotyi ilniów inducyjnych latowych. Stouje ię tu metody oparte o ieci neuronowe, a w zczególności perceptronu wielowartwowego MP, ieci Kohonena, ieci hybrydowe, ieci neuronowe rozmyte czy najnowze oiągnięć w tej dziedzinie ieci SVM (ang. Support Vector Machine). Do tej grupy metod należy zaliczyć taże rozpoznawanie wzorców, ytemy wnioowania rozmytego, ytemy epertowe oraz inne metody ztucznej inteligencji czy inteligencji obliczeniowej [], [4], [], [7], [8], [3], [44], [64], [68]. Podział prezentowany powyżej (ze względu na metody oceny tanu, w tórym wyróżniono trzy grupy) można zawęzić do dwóch zaadniczych grup różniących ię poobem pozyania danych i wiedzy o diagnozowanym obiecie: metody oceny na podtawie wiedzy uzyanej z bezpośrednich pomiarów lub badań obietu, zaliczając tu metody tatytyczne, analizy ygnałów pomiarowo dotępnych oraz metody ztucznej inteligencji, metody oceny na podtawie wiedzy uzyanej w wyniu modelowania matematycznego obietu, czyli metody oparte o analityczne modele mazyn. Pierwza grupa metod wymaga, empirycznego pozuiwania związów pomiędzy wielościami mierzonymi a tanem mazyny i przypiania miar ilościowych ażdemu tanowi pracy mazyny. Jet to poób wymagający wyonania na badanym obiecie wielu pomiarów, poczynając od normalnego tanu pracy aż do tanów awaryjnych. Zbieranie tych danych może odbywać na pracującej mazynie. Tą metodą można prawdzić jedynie ończoną liczbę przypadów co pozwala zgromadzić tylo częściową bazę wiedzy o cechach mierzonych ygnałów dla pozczególnych uzodzeń. Wadą metody jet taże niemożność rozdzielenia wpływu ilościowego pozczególnych przyczyn uzodzeń w przypadu ich jednoczenego wytępowania. W taiej ytuacji nie jet trudno o pomyłę, przez co wyni diagnozy może być obarczony dużym błędem. Druga grupa metod w oparciu o wypecjalizowane modele matematyczne, w tórych wprowadza ię możliwe do zaaceptowania założenia uprazczające odwzorowania fizycznych zjawi zachodzących w mazynie oraz zawanowaną technię obliczeniową,

9 WSTĘP 5 prowadzi do reacji wzorców będących podtawą oceny diagnotycznej. Wzorce te umożliwiają precyzyjne oreślenie ilościowych zmian wywołanych uzodzeniem w ygnałach pomiarowo dotępnych. Podejście to jet łatwe do algorytmizowania, umożliwia ciągłą generację wzorców i rozdzielną analizę pozczególnych typów uzodzeń mazyny. Wadą tej metody, przy dążeniu do doładnego odwzorowania zjawi zachodzących w mazynie, mogą tać ię możliwości obliczeniowe omputerów lub ozty obliczeń. Nadmierna ompliacja modelu opiującego mazynę nie przynoi w więzości przypadów jaościowej poprawy rozwiązań ońcowych. Przy metodach diagnotyi opartej na modelach matematycznych należy rozważnie wybrać topień uprozczenia modelu ta, aby wyznaczone liczbowe miary do oceny tanu mazyny nie odbiegały od waźniów uzyanych z pomiarów. Poiadanie właściwych waźniów oceny, uzyanych na drodze modelowania matematycznego oraz umiejętność przetworzenia i prowadzenia wyniów pomiarów do analogicznych waźniów, wyrażonych w wartościach względnych czy bezwzględnych, jet podtawą do trafnej i rzetelnej diagnozy. W przypadu ilniów inducyjnych latowych pratycznie możliwa jet tylo diagnotya wyorzytująca wiedzę uzyaną drogą modelowania matematycznego. Ze względów eonomicznych, a taże z powodu technicznej realizowalności, nie prowadzi ię badań nizczących obietu w celu uzyania informacji niezbędnych do diagnotyi.. Problematya rozprawy Problem diagnotyi ilniów inducyjnych wciąż jet przedmiotem dużego zaintereowania w literaturze nauowej i technicznej dotyczącej mazyn eletrycznych [7], [54], [45], [56], [78], [79], []. Najwięzą uwagę budzi diagnotya tanu wirniów ilniów inducyjnych latowych, w zczególności ecentryczności wirnia oraz zmian rezytancji elementów lati. Wczene wyrycie tych uzodzeń pozwala ograniczyć prawdopodobieńtwo wytąpienia awarii oraz pozwala zapewnić więze bezpieczeńtwo eploatacji napędu. Jet to bardzo ważne, a zarazem niezmiernie trudne zadanie w ompleowych ytemach diagnotyi uładów napędowych dużej mocy [], [], [4]. Wzrot ecentryczności i loalnych rezytancji lati ma z reguły charater topniowy wraz z upływem czau pracy mazyny w uładzie napędowym. Powolny wzrot tych uzodzeń w mazynie twarza zeroie pole działania dla zadań monitoringu i diagnotyi

10 WSTĘP 6 profilatycznej jej tanu. Badaniami diagnotycznymi mazyna powinna być objęta pratycznie od momentu zaintalowania w napędzie. Do poprawnej i utecznej oceny tanu mazyny onieczne jet poiadanie właściwych miar i waźniów odzwierciedlających jej właności i zachowania na podtawie łatwo mierzalnych ygnałów. Powinien itnieć przejrzyty podział na typy i poziomy uzodzeń oraz jane ryteria i metody ich rozdziału oraz oceny. Przy ocenie tanu nie można dopuścić do zbyt wczenego lub zbyt późnego otrzegania użytownia ytemu o powtającym zaburzeniu w pracy mazyny. Metody oceny tanu powinny być wiarygodne, łatwo powielane dla mazyn o tych amych parametrach ontrucyjnych. Samo wnioowanie o tanie mazyny powinno odbywać ię z ja najmniejzym udziałem człowiea. Rola człowiea obługującego napęd powinna prowadzać ię przede wzytim do umiejętnego i rozważnego poługiwania ię narzędziami diagnotycznymi do oceny tanu ilnia. Z wzytich tych uwarunowań dla ytemu diagnotycznego do oceny tanu wynia tała potrzeba pozuiwania nowych rozwiązań i toowania pecjalizowanych techni diagnotycznych, pozwalających na automatyczny nadzór nad diagnozowanym obietem. Jednym ze poobów zautomatyzowania oceny jet zatoowanie metod ztucznej inteligencji do wnioowania diagnotycznego. W tym przypadu pojawia ię problem pozyania danych na potrzeby i użyteczność tych metod. Ja już wpomniano wcześniej trudno jet pozyać wytarczającą liczbę informacji o zachowaniu mazyny w dopuzczalnych przedziałach pracy przez wyonanie na niej bezpośrednich pomiarów. Należy pozuiwać w celu pozyania tych danych rozwiązań alternatywnych. Wzrot mocy obliczeniowej omputerów, rozwój programów ymulacyjnych umożliwiających modelowanie z dużą doładnością zjawi zachodzących w mazynie oraz jej zachowania w różnych warunach pracy, pozwalają na zmianę w podejściu do pozyania danych na potrzeby metod ztucznej inteligencji. Z powodzeniem można zatąpić proce pozyania danych polegający na wyonaniu pomiarów proceem ymulacji i analiz omputerowych. Możliwe jet to jedna tylo w przypadu poiadania odpowiedniego opiu mazyny za pomocą tounowo protego i wiarygodnego modelu matematycznego. Poprzez ymulację i omputerową analizę pracy mazyny można zbadać i utalić liczbę cech, na podtawie tórych metodami ztucznej inteligencji będzie doonywana automatyczna ocena tanu mazyny. Przy wyborze itotnych cech należy ierować ię po części doświadczeniem i intuicją epertów w tej dziedzinie, a po części wnioami płynącymi z omputerowej ymulacji pracy mazyny.

11 WSTĘP 7.3 Cel i teza Zaadniczym celem rozprawy jet opracowanie techni diagnozowania ilniów inducyjnych latowych, pozwalających na ocenę atualnego ich tanu przez odpowiednio zatoowane metody ztucznej inteligencji, w tórych użyto: ieci neuronowe, rozpoznawanie wzorców lub logię rozmytą. Opracowanie metod powinno być oparte o analizę itotnych cech zawartych w widmach prądu tojana. Do ich opracowania należy przygotować widma prądu uzyane z rozwiązań pecjalizowanego obwodowego modelu matematycznego, opiującego zjawia eletromagnetyczne w mazynie inducyjnej latowej. Poprzez wieloprzerojową analizę widm prądu uzyanych z rozwiązań modelu oraz widm zarejetrowanych podcza pomiarów należy utalić algorytm wyboru itotnych cech i poób ich przetwarzania. Na podtawie opracowanych metod dla rozwiązań modelu powinna być możliwa automatyczna ocena odpowiednio przetworzonych danych z zarejetrowanych pomiarów wyonanych w czaie normalnej eploatacji mazyny. Powiązanie pecjalitycznej wiedzy o zjawiach eletromagnetycznych w ilniach inducyjnych latowych z najnowzymi oiągnięciami w zareie metod ztucznej inteligencji ma na celu tworzenie ytemów diagnotycznych ograniczających rolę wyoowalifiowanych pecjalitów w proceie diagnozowania. Warune ten może być oiągnięty poprzez wprowadzenie bardzo zaawanowanych metod matematycznych oraz wypecjalizowanych techni diagnotycznych. Metody ztucznej inteligencji, odpowiednio zaadaptowane na potrzeby diagnotyi, powinny dać zybą odpowiedź co do tanu mazyny a trafność taiej oceny może być więza niż oceny człowiea doładnie znającego ten problem. Duża wiarygodność zatoowanych w pracy modeli ilniów latowych, uwzględniających ecentryczności oraz uzodzenia lati, analizowanych przy użyciu metody bilanu harmonicznych, a taże liczne publiacje na ten temat w literaturze zarówno rajowej i zagranicznej wazują na powodzenie toowania grupy metod ztucznej inteligencji w diagnotyce mazyn inducyjnych latowych. W przyzłości ytemy diagnotyczne oparte o metody ztucznej inteligencji mogłyby wejść do powzechnego użytowania w załadach przemyłowych. Przy świadomości ograniczeń, ja i też zalet metod diagnotyi opartej o modele matematyczne, w rozprawie zotał formułowany i rozważony problem diagnozowania tanu ilniów inducyjnych latowych za pomocą metod ztucznej inteligencji.

12 WSTĘP 8 W wyniu przeprowadzonych badań autor uważa za łuzną natępującą tezę: Metody ztucznej inteligencji, wyorzytujące ztuczne ieci neuronowe, technii rozpoznawania wzorców oraz logię rozmytą, w połączeniu ze pecjalizowanymi modelami matematycznymi ilniów inducyjnych latowych, pozwalają na opracowanie bezinwazyjnych ytemów diagnotycznych, umożliwiających ocenę tanu wirniów tych ilniów podcza normalnej eploatacji.4 Przegląd zawartości pracy Rozprawa zotała podzielona na 8 rozdziałów. W rozdziale pierwzym nazicowano problem diagnotyi ilniów inducyjnych pracujących w uładach napędowych, uzaadniono potrzebę budowy i toowania ytemów diagnotycznych, przedtawiono problematyę rozprawy, podano cel i tezę pracy. Rozdział drugi przedtawia problem diagnotyi ilniów inducyjnych latowych. Podano tu, jaie metody ztucznej inteligencji ą toowane do oceny tanu ilniów inducyjnych. Zaproponowano oncepcję ytemu diagnotycznego do monitorowania tanu mazyn inducyjnych opartego o bazę wzorców diagnotycznych. W oncepcji ytemu uwypulono blo wnioowania diagnotycznego, gdzie powinny mieć zatoowanie metody ztucznej inteligencji, z powodzeniem zatępujące rolę człowiea w proceie diagnozy. W rozdziale tym podano taże rozważanych w pracy typy uzodzeń ilniów inducyjnych oraz tatytyi możliwości ich wytąpienia w uładach napędowych. W rozdziale trzecim zamiezczono poób przygotowania wzorców diagnotycznych. Przedtawiono model matematyczny, tóry jet podtawowym źródłem wiedzy o tanie mazyny dla proponowanego ytemu diagnotycznego. Podano poób, w jai ą modelowane pozczególne uzodzenia ilnia, opiano budowę modułów opracowanego programu do generacji wzorców diagnotycznych, przedtawiono przyładowe wynii obliczeń. Rozdział czwarty jet poświęcony analizie harmonicznych zawartych w ygnałach diagnotycznych. Na wtępie podano jaościowe zależności dla zbiorów charaterytycznych cech wytępujących w widmie dla rozważanych typów uzodzeń wyniające z rozwiązań zatoowanego modelu matematycznego. Natępnie podano poób uściślenia zbioru cech na podtawie informacji ilościowych. Eperymentalnie wyłoniono i utalono optymalną liczbę cech, w jednoznaczny poób charateryzujących tan mazyny, pozwalających

13 WSTĘP 9 na wiarygodną i trafną diagnozę. Do tego celu wyorzytano tatytyczną analizę PCA. Analiza PCA pozwoliła na jednoznaczne zobrazowanie rozładu danych z przetrzeni n-wielowymiarowej do przetrzeni 3-wymiarowej. Rozdział piąty jet poświęcony zatoowaniu ieci neuronowych do wnioowania diagnotycznego. Problem diagnotyi ilniów inducyjnych z zatoowaniem ieci neuronowych rozważany był jao zadanie layfiacji i etymacji. Zatoowano tu ieci neuronowe typu MP oraz SVM. Na podtawie zbioru cech wyelecjonowanych przy pomocy analizy PCA przygotowano ciągi uczące dla możliwie dużej liczby przypadów. Dla tetów opracowywanych metod diagnozowania tanu wygenerowano przebiegi czaowe trzech prądów zailających tojan ilnia, zawierające wzytie harmoniczne wyznaczone z rozwiązań modelu. Przy generacji i analizie przebiegu czaowego zczególną uwagę zwrócono na zaady cyfrowego przetwarzania ygnałów oraz uwzględnienie doładności i parametrów obecnie dotępnej na rynu aparatury pomiarowej. Przyjęto, że ta utworzone przebiegi chwilowych wartości prądów oraz chwilowych wartości ładowych ymetrycznych, poddane analizie FFT w poób przybliżony ymulują rzeczywite waruni pomiarowe dla przyjętego modelu matematycznego do opiu ilnia inducyjnego. Do wzytich tetów pozczególnych typów ieci neuronowych wzięto dane uzyane z analizy FFT przebiegów czaowych ymulujących waruni pomiarowe. W rozdziale zótym przedtawiono metody rozpoznawania wzorców, z tórych zczegółowo rozważono metodę opartą o funcje przynależności. Do wnioowania diagnotycznego z zatoowaniem techni rozpoznawania wzorców zatoowano metodę opartą o funcje przynależności i trzyetapowe rozpoznawanie wzorców. Pozczególne fazy działania tej metody dzielą ię na: etap recepcji, etap przyporządowanie i etap podejmowana decyzji. Rozdział iódmy jet poświęcony algorytmom diagnotycznym opartym o logię rozmytą. Zatoowano tu ytem wnioowania rozmytego Mamdaniego-Zadeha, Taagi Sugeno Kanga oraz wnioowanie oparte o truturę neuropodobną ANFIS. Rozdział ómy jet podumowaniem i porównaniem zatoowanych metod ztucznej inteligencji, wazaniem optymalnego rozwiązania do diagnozowania tanu mazyny.

14 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO Diagnotya ilnia inducyjnego latowego. Wprowadzenie W przeciągu otatnich trzydzietu lat zczególnie intenywnie rozwinęła ię diagnotya techniczna, tórej głównym zadaniem jet oreślanie zeroo rozumianego tanu technicznego obietu za pomocą obietywnych metod i środów dla podwyżzenia jego trwałości, niezawodności i efetywności działania [3], [4]. Przez tan techniczny, z reguły oreśla ię zbiór parametrów, tóre ą ważne do rozpatrywanego zadania oraz warunują poprawność działania obietu lub pełnienia oreślonych norm. Rozpoznawanie tanu obietu (mazyny, urządzenia, proceu) na podtawie dotępnych o nim informacji, można rozpatrywać jao [4], [36]: diagnozowanie tórego celem jet oreślenie atualnego tanu obietu, genezowanie tórego celem jet oreślenie wcześniejzych (przezłych) tanów obietu, prognozowanie tórego celem jet oreślenie przyzłych tanów obietu, przewidywanie przyzłego tanu. Wynii tych działań nazywamy odpowiednio diagnozą, genezą i prognozą tanu obietu. Działania te mają na celu wyrywanie pojawiających ię uzodzeń oraz innych zdarzeń wpływających na jaość działania obietu. Uzodzeniem nazywane jet ażde zdarzenie wytępujące w eploatacji, powodujące bezpośrednie i pośrednie zagrożenie w jaości działania obietu, tóre powinno być wyrywane w proceie diagnozowania. Uzodzenia zczególnie groźne w utach ą nazywane awariami. Proce diagnozowania tanu polega na wyrywaniu i rozróżnianiu uzodzeń w wyniu zbierania, przetwarzania, analizy i oceny pomiarowo dotępnych ygnałów diagnotycznych na wejściach i wyjściach badanego obietu. Sygnałem diagnotycznym może być przebieg dowolnej wielości fizycznej, w tórej ą zawarte informacji o tanie diagnozowanego obietu. Sygnały charateryzujące tan obietu możemy podzielić na dwie grupy. Do pierwzej z nich zalicza ię ygnały mierzone, czyli rejetrowane w czaie pracy obietu przy pomocy czujniów i uładów pomiarowych. Należą do nich ygnały wejściowe oraz ygnały wyjściowe. Drugą grupę tanowią ygnały niemierzalne, czyli wytępujące załócenia i zumy. Podcza zbierania ygnałów diagnotycznych należy do minimum

15 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO ograniczyć wpływ zumów i załóceń na ygnały nioące informację o diagnozowanym obiecie. Diagnozowanie może być prowadzone z różnym topniem zczegółowości. W zależności od rodzaju obietu i poiadanej wiedzy na jego temat wyniiem diagnozy może być zczegółowa identyfiacja uzodzenia lub jedynie ogólne oreślenie lay tanu. Częto wyróżnia ię tylo dwa tany: normalny i uzodzony. W przypadu twierdzenia tanu uzodzonego należy wazać rodzaj uzodzenia oraz jego loalizację w obiecie. W ogólnym przypadu zadanie diagnotyi uzodzeń powinno przebiegać według trzech, natępujących po obie faz badań [4], [36]: detecja wyrycie, zauważenie powtawania uzodzenia w obiecie na podtawie dotępnych ygnałów, loalizacja oreślenie rodzaju, miejca i czau wytąpienia uzodzenia, faza diagnotyi natępująca po detecji uzodzenia, identyfiacja oreślenie rozmiaru i charateru zmienności uzodzenia w czaie. Przy założeniu, że badanym obietem technicznym jet ilni inducyjny latowy, dla zrealizowania wzytich wyżej wymienionych zadań diagnozowania, należy przyjąć odpowiedni model matematyczny opiujący jego właności w przetrzeni dopuzczalnych tanów. Model ten powinien pozwalać na wczene wyrycie tanów niedopuzczalnych w eploatacji tego ilnia, ograniczając do minimum możliwości wytąpienia tanów awaryjnych. Stoowane powzechnie metody bezinwazyjnej diagnotyi ilniów inducyjnych opierają ię przeważnie na analizie widma Fouriera pomiarowo dotępnych prądów fazowych tojana. W prądach tojana odzwierciedlone ą wzytie podtawowe uzodzenia obwodów wirnia i nieymetrii zczeliny powietrznej, co w połączeniu z łatwością realizacji pomiaru powoduje atracyjność metod monitorowania i diagnotyi, opartych na analizie widmowej prądu. Metody oparte o analizie widma prądów pomiarowo dotępnych pozwalają na monitorowanie tanu mazyny eletrycznej na bieżąco w czaie normalnej eploatacji. Powzechnie dąży ię, aby ocena tanu na podtawie dotępnych pomiarów była ja najmniej zależna od człowiea, w celu uninięcia błędnie potawionej przez niego diagnozy. Klayczne metody diagnozy tanu ilniów inducyjnych latowych tego nie zapewniają. Pozuuje ię, więc ja najbardziej utecznych i wiarygodnych metod diagnozowania tanu tych obietów, a w tym tzw. uładów inteligentnych, gdzie na etapie wnioowania

16 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO diagnotycznego touje ię technii oparte o metody ztucznej inteligencji. Technii diagnozowania oparte o metody ztucznej inteligencji w miarę upływu czau eploatacji ytemu diagnotycznego, podobnie ja człowie, ą zdolne pogłębiać zaób informacji o eploatowanym obiecie. Zdobytą w ten poób wiedzę można wyorzytać do potawienia trafnej oceny tanu obietu. We wprowadzeniu rozdziału przedtawiono podział toowanych metod detecji i loalizacji uzodzeń w uładach diagnotycznych. W rozprawie zotaną zaprezentowane metody łączące pecjalizowane modele matematyczne, analizę ygnałów oraz metody ztucznej inteligencji.. Rodzaje uzodzeń ilniów inducyjnych latowych Podcza eploatacji ilniów inducyjnych powtają uzodzenia w częściach eletrycznych obwodów tojana i wirnia oraz w uładzie mechanicznym amego ilnia i wpółpracującej mazynie roboczej, wraz z elementami przęgającymi. Do najczętzych uzodzeń w części eletrycznej tojana można zaliczyć zwarcia zwojowe i przebicia izolacji eletrycznej. W części wirnia mazyny powtają natomiat uzodzenia prętów i egmentów lati. W uładzie mechanicznym powtają uzodzenia łoży, niewpółoiowość położenia wirnia względem tojana, niewyważenia i luzy. iczni autorzy w pracach [54], [45], [56], [77], [78] podają tatytyi uzodzeń ilniów inducyjnych wyoiego i niiego napięcia. W otatnich latach natąpiła zmiana w ilości powtawania różnych uzodzeń. Wyraźnie natąpiło powięzenie udziału uzodzeń typu mechanicznego w tounu do uzodzeń obwodu eletrycznego oraz magnetycznego ilniów. Wśród wzytich uzodzeń wyraźnie dominują uzodzenia łoży ilniów. Częto pojawiają ię defety fundamentów i mocowania ilniów oraz luzy w uładzie wał - wirni. Ilościowo rodzaje pozczególnych uzodzeń, jao procent ogółu uzodzeń, ztałtują ię natępująco: uzodzenia łoży - o. 4%, uzodzenia tojana o. 35%, uzodzenia wirnia - o. %, inne uzodzenia - o. 5%. Najczętzym eletrycznym uzodzeniem ilnia inducyjnego jet uzodzenie uzwojeń tojana, zwłazcza izolacji zwojowej. Rzadziej wytępują uzodzenia izolacji głównej i międzyfazowej. Wyrywanie zwarć zwojowych w uzwojeniu tojana w tracie normalnej

17 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO 3 eploatacji ilniów inducyjnych jet zagadnieniem trudnym i bra jet typowego rozwiązania przemyłowego. Uzodzenia lati i pierścieni zwierających wirnia wytępują głównie w ilniach, tóre pracują w trudnych warunach, mają częte i długie rozruchy. Uzodzenia lati zaczynają ię od uzodzeń pojedynczych egmentów pierścieni lub pojedynczych prętów, natępnie rozzerzają ię lawinowo. W uładzie mechanicznym ilnia inducyjnego najczęściej ulegają uzodzeniu łożya toczne. Źródłem ecentryczności tatycznej i dynamicznej mogą być: niecentryczne oadzenie wirnia, luzy w łożyach i ich zużycie, ugięcie wału, niewyważenie wirnia, rezonan mechaniczny przy rytycznych obrotach. Każda z tych przyczyn może wytępować oobno lub razem, a ich natęptwem ą wtórne nieorzytne zjawia i defety, taie ja: wzrot drgań na ute nierównomiernego naciągu magnetycznego, przedwczene zużycie łoży lub ich uzodzenie, możliwe tarcie wirnia o tojan, wibracje o znacznej czętotliwości przenozone na tojan, pęnięcia izolacji połączeń czołowych [7],[6],[78],[45]..3 Metody diagnotyi ilniów inducyjnych W licznych pracach nauowych oberwuje ię toowanie różnego rodzaju metod laycznych oraz ztucznej inteligencji do diagnozowania tanu eletrycznych i magnetycznych obwodów ilniów inducyjnych latowych [7], [54], [45], [56], [78], [79]. W eploatacji napędów eletrycznych z ilniami inducyjnymi dominują obecnie metody monitorowania i diagnotyi oparte na ontroli i analizie ygnałów [],[3],[3]. Wyorzytują one pomiary wybranych wielości fizycznych, przetwarzanie ygnałów i porównanie ich z wartościami granicznymi i trendami zmian. Jednocześnie oberwuje ię natomiat ograniczony zaięg zatoowań metod diagnotyi, oreślających atualny tan techniczny obietu na podtawie modeli analitycznych oraz metod ztucznej inteligencji, tóre ą na etapie intenywnych badań laboratoryjnych. Badania nad wyorzytaniem metod ztucznej inteligencji obejmują wym zareem m.in. ieci neuronowe, logię rozmytą, teorię falową, metody rozpoznawania wzorców i minimalnoodległościowe, algorytmy genetyczne. Metody te w poób indywidualny toowane ą do zagadnienia diagnotyi onretnego ilnia. Bra jet metody uniweralnej, dla wzytich typów produowanych ilniów.

18 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO 4 Próba toowania tych metod wynia z pozuiwania przez człowiea rozwiązania inteligentnego uładu diagnotycznego. Celem pozuiwań jet przypianie mazynie zbioru zachowań i potaw, tóre pozwalałyby jej na reatywną pracę i umiejętność adaptacji do zmieniających ię warunów otoczenia i wyciągania właściwych wnioów. Pozuiwanie owych zachowań i potaw, oreśla ię właśnie mianem ztucznej inteligencji..4 Analiza i ynteza tanów pracy mazyn eletrycznych W ciągu ponad tu lat rozwoju mazyn eletrycznych zotała zgromadzona olbrzymia wiedza na temat ich analizy i yntezy. Potępy w analizie różnego typu mazyn ą znacznie więze niż w dziedzinie yntezy, rozumianej ogólnie jao problem odwrotny do analizy. Wynia to z lepzego fizyalnego i matematycznego formułowania problemów analizy niż yntezy. Diagnotya tanu eletromagnetycznego mazyn eletrycznych tanowi layczny problem odwrotny do zadania analizy ich właności. W proceie diagnotyi powinien zotać oreślony tan mazyny na podtawie zmierzonych jej właności oraz jego techniczna dopuzczalność. W proceie analizy powinno zatem natąpić przyporządowanie danemu tanowi eletromagnetycznemu mazyny eletrycznej pewnych jej właności wyrażonych przez wybrany zbiór cech charaterytycznych, tóre mogłyby być wyorzytane przy rozwiązywaniu problemu odwrotnego. Problem odwrotny jet rozumiany jao przyporządowanie wybranym włanościom mazyny jej tanu eletromagnetycznego, wyrażonego przez wybrane cechy ontrucyjne. Ta oreślony monitoring, uzupełniony wiedzą o tanach technicznie dopuzczalnych tanowi itotę zadania diagnotycznego. Na poniżzych ryunach zobrazowano etapy analizy i yntezy. Przedtawiono źródła powtawania błędów w tracie odwzorowania modelu na drodze analizy oraz przeztałcenia odwrotnego yntezy tanu mazyny. Na etapie analizy w fazie odwzorowania modelu należy liczyć ię z wieloma ograniczeniami i uprozczeniami toowanymi do opiu zjawi. Poprzez uzczegółowianie modeli matematycznych możemy ograniczać popełniane błędy, a w efecie otrzymać widmo prądu zbliżone do rzeczywitego. Ważnym problemem jet adewatność zatoowanego modelu.

19 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO 5 Model matematyczny mazyny eletrycznej Ograniczenia i błędy odwzorowania modelu Metoda rozwiązań modelu Błędy obliczeń numerycznych Obliczony numerycznie tan mazyny Ry.. Etapy analizy i źródła błędów W fazie rozwiązywania równań modelu opiującego analizowane zjawio, wytępują błędy związane z zatoowanie amej metody obliczeniowej oraz błędy obliczeń numerycznych, wśród tórych można wymienić m in.: błędy zaorągleń, błędy reprezentacji tałych i błędy obcięcia, błędy operacji arytmetycznych. Odwzorowanie odwrotne etap yntezy odbywa ię z pominięciem trutury równań. Na tym etapie mamy do czynienia z innymi rodzajami błędów, załadając oczywiście, że na etapie yntezy przetwarzany jet ygnał mierzony. Przy tych założeniach należy mieć na uwadze błędy pomiarowe popełniane w tracie zbierania i rejetracji ygnału diagnotycznego oraz błędy toowanych metod przetwarzania ygnałów. Pomiar ygnału charateryzujacego tan mazynu Błędy pomiarowe Metoda przetwarzania ygnału Błędy metody przetwarzania ygnału Zmierzony tan mazyny Ry.. Etapy yntezy i źródła błędów Na Ry..3 zaprezentowano ideę wnioowania diagnotycznego dla metody diagnotyi bazującej na rozwiązaniach pecjalizowanych modeli matematycznych. Puntem węzłowym jet blo wnioowania diagnotycznego, gdzie natępuje porównanie zmierzonego tanu mazyny na drodze yntezy ze tanem wyznaczonym na drodze obliczeń numerycznych.

20 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO 6 Zmierzony tan mazyny Synteza Metoda wnioowania diagnotycznego Analiza Obliczony numerycznie tan mazyny Wyni diagnozy tanu mazyny Ry..3 Idea działania ytemu diagnotycznego Na podtawie przedtawionego na Ry..3 chematu ideowego, ilutrującego etap wnioowania diagnotycznego, można oreślić ogólną oncepcję ytemu diagnotycznego, tórą przedtawiono w podrozdziale.5. Analiza i ynteza tanów pracy mazyny ą prowadzone w oparciu o widmo Fouriera prądów fazowych tojana ilnia, uzyanych z rozwiązań wieloharmonicznych modeli obwodowych (dla analizy) i widma prądu zmierzonego (dla yntezy). Zatoowanie do analizy metody bilanu harmonicznych pozwala opiać ilni dla różnych typów ecentryczności, przy różnych jej poziomach oraz uzodzenia lati i nieymetrii napięć zailających. Prądy fazowe tojana ą najłatwiejzym do pomiaru ygnałem diagnotycznym. Poddanie prądu analizie czętotliwościowej FFT oraz oberwacja jego widma w pewnych przedziałach czętotliwości, pozwala przyporządować oreślonym typom uzodzeń oreślone cechy widm. Typ i poziom wytępującej ecentryczności oraz pojawienie ię innych uzodzeń w ilniu inducyjnym ma bezpośrednie przełożenie na ilościową i jaościową potać widma prądu tojana. W dalzej olejności, widmo zotaje poddawane obróbce w zależności od przyjętej metody analizy. Zare oberwacji charaterytycznych czętotliwości wytępujących w widmie prądu z technicznego puntu widzenia ogranicza ię do ilu Hz.

21 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO 7.5 Koncepcja ompleowego ytemu diagnotycznego Kompleowy ytem diagnotyczny ilniów inducyjnych, ja już wcześniej wpomniano, powinien realizować zadania, wyniiem tórych ą: diagnoza - oreślenie atualnego tanu mazyny na podtawie przeprowadzonych badań, geneza - oreślenie przyczyn warunujących atualny tan mazyny, prognoza - przewidywanie dalzych możliwych zmian tanu mazyny. Realizacja tych zadań w olejności ich zdefiniowania umożliwia ograniczenie do minimum prawdopodobieńtwa wytąpienia nieprzewidzianych zaburzeń w pracy mazyny oraz właściwe zaplanowanie działań eploatacyjno-remontowych. Właściwe oreślenie atualnego tanu mazyny mui mieć odnieienie do informacji o hitorii obietu i potępujących zmianach, zachodzących w mazynie z upływem czau eploatacji. Natomiat informacje o hitorii zmian tanów w tracie eploatacji oraz poprawnie oreślony atualny tan mazyny pozwalają na prognozowanie zachowania mazyny w przyzłości. Koncepcja ytemu diagnotycznego uwzględnia, z jednej trony bazę danych wzorców diagnotycznych, z drugiej trony bazę danych pomiarów archiwalnych wyonanych w oreie użytowania mazyny. Schemat ideowy głównych bloów funcjonalnych ytemu diagnotycznego przedtawiono na Ry..4. Wiarygodne dane z bazy wzorców diagnotycznych mają łużyć do wydania trafnej diagnozy, a tym amym podjęcia właściwych decyzji eploatacyjnych. Potawienie trafnej diagnozy o tanie obietu może odbywać ię z zatoowaniem różnych metod oceny. Idea działania tych metod jet wpólna. Polega ona na znalezieniu w bazie danych wzorców diagnotycznych wzorca najbardziej zbliżonego do atualnie prezentowanego przypadu pomiarowego. Dla wzorca, wybranego przez daną metodę podawane ą wielości wpółczynniów oreślających jaościową i ilościową informację o ewentualnie wytępujących nieprawidłowościach w tanie mazyny.

22 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO 8 Blo decyzji eploatacyjnych Badany obiet Blo gromadzenia wyniów diagnoz Blo wnioowania diagnotycznego Blo awizycji ygnałów diagnotycznych Procedury przetwarzania Baza danych wzorców diagnotycznych Baza danych pomiarowych Ry..4 Schemat ideowy ompleowego ytemu diagnotycznego Głównymi elementami ompleowego ytemu diagnotycznego ytemu ą: Baza danych wzorców diagnotycznych zawierająca wynii obliczeń pecjalizowanych modeli matematycznych, uwzględniających wpływ tanu mazyny (ze zczególnym uwzględnieniem nieymetrii eletrycznych lub magnetycznych) na cechy proponowanych ygnałów diagnotycznych, Baza danych pomiarowych zawierająca wynii pomiarów wyonanych na diagnozowanym obiecie, Blo awizycji ygnałów diagnotycznych część ytemu odpowiedzialna za zbieranie danych pomiarowych z badanego obietu, Blo wnioowania diagnotycznego - część ytemu, w tórej ą zaimplementowane metody i reguły wnioowania do oceny tanu, Blo wyniów diagnoz w tórym ą przechowywane wynii wzytich wyonanych diagnoz tanu obietu, Blo decyzji eploatacyjnych tórego zadaniem jet oreślenie zaleceń eploatacyjnych dla badanego ilnia, Procedury przetwarzania czyli zbiór procedur pozwalających na przetwarzanie zarówno danych pomiarowych ja i danych z bazy wzorców diagnotycznych.

23 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO 9 Działanie ytemu przedtawionego na Ry..4 można opiać róto w natępujący poób. W bazie danych wzorców diagnotycznych ą przechowywane wzorce diagnotyczne dla różnych rodzajów ilniów inducyjnych. Z badanego obietu ilnia inducyjnego za pomocą blou awizycji danych natępuje zbieranie ygnałów diagnotycznych. Zebrane dane w blou awizycji danych ą zapiywane do pomiarowej bazy danych. W blou wnioowania diagnotycznego natępuje wybór procedur przetwarzania danych dla onretnego pomiaru oraz przetwarzania danych zgromadzonych w bazie wzorców dla danego typu ilnia. Przetworzone dane z obu baz ą poddawane ocenie przez wybraną metodę diagnozy. W efecie oceny diagnotycznej zotają podane waźnii charateryzujące tan mazyny. Wyżej wymienione waźnii ą zapiane w blou wyniów diagnoz. Na podtawie wyniów diagnozy w blou decyzji eploatacyjnych i poprzednio wyznaczonych waźniów ą oreślane zalecenia eploatacyjne oraz może być utalany termin natępnego badania mazyny. Najważniejzymi elementami prezentowanego na Ry..4 ytemu diagnotycznego, z puntu widzenia trafności i rzetelności potawionej diagnozy ą: baza danych wzorców diagnotycznych, blo wnioowania diagnotycznego oraz ytem awizycji danych. Sytem awizycji danych odpowiada bezpośrednio za dotarczenie atualnych wyniów pomiarów dla etapu oceny diagnotycznej i jet jednym z głównych elementów ytemu diagnotycznego uładu napędowego z ilniiem inducyjnym latowym. Przy wyorzytaniu omputera ogólnego przeznaczenia lay PC i arty pomiarowej DAQ, uład można zrealizować tzw. omputerowy ytem pomiarowy. Ry..5 Schemat bloowy uładu awizycji danych Jet to zarazem jeden z najprotzych i najczęściej potyanych modeli, gdzie centralnym elementem ytemu jet wirtualny przyrząd pomiarowy arta pomiarowa wraz z omputerem i pecjalitycznym oprogramowaniem. Schemat bloowy ytemu awizycji danych przedtawia Ry..5.

24 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO Konfiguracja ytemu obejmuje natępujące elementy ładowe: EM Przytawa pomiarowa zetaw przetworniów łużących do pomiaru trzech prądów i trzech napięć fazowych zailających badany ilni. Zetaw przetworniów jet indywidualnie dobrany do danych znamionowych badanego ilnia. DAQ Komputer pomiarowy z zaintalowaną wielofuncyjną artą pomiarową główny element ytemu awizycji. Poprzez wyorzytanie pecjalitycznej apliacji pomiarowej, za pomocą omputera można zmieniać parametry wyonywanych pomiarów oraz przeyłać dane wyniowe do wybranego erwera baz danych. SQ Serwer baz danych omputer udotępniający zaoby w ieci loalnej lub Internet, umożliwiający przechowywanie wyniów pomiarów w relacyjnej bazie danych o pecjalnie zaprojetowanej truturze. Model matematyczny, metody przygotowania i reacji wzorców diagnotycznych dla ilniów latowych przedtawiono w rozdziale 3, natomiat metody i reguły wnioowania diagnotycznego oparte o metody ztucznej inteligencji przedtawiono w dalzych rozdziałach od 5 do 7. Na podtawie tych metod może odbywać ię podejmowanie decyzji, w blou wnioowania diagnotycznego ytemu prezentowanego na Ry..4. W tym miejcu ytemu natępuje właśnie przetwarzanie danych podlegających ocenie oraz wnioowanie o tanie mazyny przez metody ztucznej inteligencji, tóre wyorzytują poiadaną wiedzę o możliwych tanach pracy. Wiedzę do potawienia trafnej diagnozy blo ten uzyał w tracie uczenia ieci neuronowych lub na etapie przyporządowania, przy wyznaczaniu funcji przynależności dla metod rozpoznawania wzorców oraz techni opartych o logię rozmytą. Dane potrzebne do uczenia ieci neuronowych i wyznaczenia funcji przynależności pochodzą z bazy danych wzorców diagnotycznych uzyanych z rozwiązań modelu matematycznego i ich przetworzenia w odpowiedni poób, w zależności od toowanej metody wnioowania. Przetwarzanie informacji zgromadzonych w bazie danych wzorców diagnotycznych, na użyteczne algorytmy wnioowania oparte o metody ztucznej inteligencji może ię odbywać poczynając od bezpośredniego wybrania z bazy danych odpowiednich wartości, poprzez toowanie różnych metry do wyboru znaczących danych, a ończąc na tatytycznej analizie PCA itotnych omponent oraz na odwzorowaniach nieliniowych. Faza przetwarzania danych jet nazywane preproceingiem.

25 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO Analizie wpomnianych wzorców diagnotycznych poświęcony jet rozdział 4. Przedtawiona w tym rozdziale oncepcja ytemu diagnotycznego pozwala na łatwą implementację rozwiązania w potaci programu omputerowego wpomagającego eploatację i gopodarę remontowo-eploatacyjną mazyn inducyjnych pracujących w przediębiortwach przemyłowych. Itotą poprawności funcjonowania tego ytemu jet zgromadzenie w jego bazie danych wzorców diagnotycznych wytarczającej liczby przypadów pozwalających na wydanie wiarygodnej diagnozy..6 Stany pracy ilnia rozważane w rozprawie W rozprawie przeprowadzono badania tanów pracy ilniów inducyjnych latowych związanych z uzodzeniami wirnia oraz nieymetrią napięć zailających. Zbadano przypadi, w tórych wytępuje ecentryczność tatyczna, ecentryczność dynamiczna, ecentryczność miezana oraz tany pracy związane ze zmianą rezytancyjną prętów lati, poczynając od małych zmian wartości rezytancji aż do przerw w pręcie lati wirnia. Przebadano taże tany pracy ilnia przy zailaniu nieymetrycznym uładem napięć. Wzytie te przypadi ą rozważane niezależnie, poczynając od tanów ymetrycznej mazyny a ończąc na przypadach uzodzeń odpowiadającym tanom awarii. Oprócz niezależnej analizy pozczególnych tanów przebadano przypadi równoczenego wytępowania zjawi. Intereujące było rozważenie tych tanów pracy, dla tórych równoczene wytępowanie zjawi powoduje pojawienie ię tych amych cech jaościowych w ygnale diagnotycznym. Ma to miejce przy równoczenym pojawieniu ię ecentryczności dynamicznej i uzodzeniach lati. Te ame cechy jaościowe w badanych ygnałach wytępują również w przypadu wytępowania ecentryczności tatycznej i pojawienia ię nieymetrii w uładzie napięć zailających. Końcowy zare badań obejmuje analizę wpływu wzytich zjawi wytępujących równocześnie na charaterytyczne cechy zawarte w ygnałach diagnotycznych. Analiza tanów mazyny, w tórych wytępują równocześnie ecentryczność, uzodzenie lati i nieymetria w uładzie napięć zailających jet bardzo ważnym zadaniem z puntu widzenia diagnotyi ompleowej oraz przydatności opracowywanych metod w warunach przemyłowych. Przeważnie w ażdym uładzie napędowym z ilniiem inducyjnym, pracującym w warunach przemyłowych mamy do czynienia z niewielą nieymetrią zczeliny powietrznej czy rezytancji lati oraz niewielą nieymetrią napięć po tronie uładu zailania ilnia.

26 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO.6. Ecentryczność Za podtawę prowadzonych w pracy analiz diagnotycznych tanu ilniów inducyjnych przyjęto ecentryczność położenia wirnia w onie przeroju poprzecznego tojana, czyli niewpółoiowość oi obrotu wirnia z oiami ymetrii wewnętrznej powierzchni tojana i oi ymetrii wirnia. Jaościowo rozróżnia ię dwa niezależne typy ecentryczności: tatyczną i dynamiczną. W przypadu jednoczenego wytępowania obu typów ecentryczności tan ten jet nazywany ecentrycznością miezaną. W analizach ilościowych wyróżniono znaczną liczbę przypadów, będących ombinacją poziomów ecentryczności tatycznej i dynamicznej. Ocena ecentryczności jet bardzo ważnym elementem diagnozy tanu wirnia ilniów inducyjnych latowych. Małe wartości zczeliny powietrznej powodują, że tolerancje dla niewpółoiowości ą wyjątowo małe i jej zaburzenie generuje cały ciąg nieorzytnych zjawi. Diagnotya ecentryczności uytuowania wirnia mui być doonywana podcza normalnej eploatacji bezinwazyjnie ta, aby w czaie badań diagnotycznych nie zmieniał ię uładu ił działających na wirni. Analiza geometrii zczeliny powietrznej prowadzi do rozróżniania czterech podtawowych typów ecentryczności [5],[8]: ymetria (SYM) przypade równomiernej zczeliny powietrznej, ecentryczność tatyczna (STA) przypade zczelina jednotronnie nierównomiernej od trony tojana, ecentryczność dynamiczna (DYN) przypade zczeliny jednotronnie nierównomiernej od trony wirnia, ecentryczność miezana (MIX) przypade zczeliny obutronnie nierównomiernej. Podtawą taiej layfiacji jet ztałt poprzecznego przeroju wewnętrznej powierzchni tojana i zewnętrznej powierzchni wirnia. Pozczególne typy geometrii przedtawia Ry..6.

27 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO 3 Ry..6 Rodzaj zczeliny powietrznej w zależności od ztałtu przeroju tojana i wirnia: a) zczelina równomierna, b) zczelina jednotronnie nierównomierna od trony tojana, c) zczelina jednotronnie nierównomierna od trony wirnia, d) zczelina obutronnie nierównomierna Wyzczególnione cztery rodzaje ecentryczności, chematycznie przedtawione na Ry..7, definiowane ą natępująco: ymetria wytępuje, gdy oś obrotu wirnia porywa ię z oią jego ymetrii Or i porywa ię z oią ymetrii przeroju tojana O, ecentryczność tatyczna wytępuje, gdy oś obrotu wirnia porywa ię z oią jego ymetrii, lecz nie porywa ię z oią ymetrii przeroju tojana O, ecentryczność dynamiczna wytępuje, gdy oś obrotu wirnia porywa ię z oią ymetrii przeroju tojana, lecz nie porywa ię z oią ymetrii wirnia Or, ecentryczność miezana wytępuje, gdy oś obrotu wirnia nie porywa ię ani z oią ymetrii wirnia ani z oią ymetrii przeroju tojana. tojan R wirni d d r r d Ry..7 Schematyczne przedtawienie uytuowania wirnia w onie tojana

28 DIAGNOSTYKA SINIKA INDUKCYJNEGO KATKOWEGO 4 Z definicji pozczególnych typów ecentryczności oraz z Ry..7 wynia, że w itocie wytępują tylo dwie niezależne przyczyny ecentryczności: niewpółoiowość oi obrotu wirnia z oią jego ymetrii ecentryczność dynamiczna, niewpółoiowość oi obrotu wirnia z oią ymetrii przeroju tojana ecentryczność tatyczna. Ecentryczność miezana jet wyniiem niewpółoiowości oi obrotu wirnia z oią ymetrii wirnia i z oią ymetrii przeroju tojana. W tym przypadu wytępuje równocześnie ecentryczność tatyczna i dynamiczna. Problem oreślenia wielości ecentryczności można więc prowadzić do wyznaczenia poziomu ecentryczności tatycznej i dynamicznej. Na podtawie ich wielości może zotać roztrzygnięty problem przynależności ilnia do jednej z czterech wymienionych la. Dla oreślenia topnia ecentryczności wygodne jet operowanie na wartościach względnych, odnieionych do wielości zczeliny powietrznej δ w ilniu ymetrycznym. Względna wartość ecentryczności tatycznej oreślona jet wzorem: d (.) ε δ ecentryczności dynamicznej: dd (.) ε d δ gdzie wielość odnieienia zczelina powietrznaδ, jet różnicą promienia wewnętrznej powierzchni tojana oraz zewnętrznej powierzchni wirnia w tanie ymetrii: δ R r (.3) Wartości względnych ecentryczności muzą pełniać waruni: ε ; ε ; ε + ε (.4) d W rzeczywitych ilniach aynchronicznych pratycznie nie wytępują przypadi amej ecentryczności tatycznej, dynamicznej czy tanu ymetrii. Przeważnie mamy do czynienia z ecentrycznością miezaną, więc dla ażdej z wyróżnionych la należy oreślić przedziały wartości ecentryczności względnych walifiujące ilni do danej lay. d