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內容簡介

　　《水電科技前沿研究叢書：水輪發電機組動力學問題及故障診斷原理與方法》從水輪發電機組動力學動力過程描述、建模理論、機組非平穩信號處理與特徵提取方法、智能故障診斷理論與方法、狀態監測與故障診斷係統等方麵進行瞭全麵闡述，豐富和發展瞭水輪發電機組動力學建模、狀態監測與故障診斷的理論與方法體係，並進行瞭應用係統示範。本書共分為四篇，展示瞭機組的特徵提取、故障智能推理、最優模式識彆、監測與診斷係統開發等方麵的研究成果，並附有豐富的算例和係統應用示範。《水電科技前沿研究叢書：水輪發電機組動力學問題及故障診斷原理與方法》適閤相關方嚮研究人員和工程技術人員參考藉鑒，也可作為研究生掌握基礎理論和培養創新能力的讀本。��

作者簡介

　　周建中，男，1959年生，華中科技大學首屆校內特聘教授；博士生導師，德國布倫瑞剋理工大學客座教授，1994年IEEE高級會員，1997年德國信息工程學會會員，1994年當選為湖北省自動化學會理事，1995受聘為年國傢機電部部儀器儀錶專業學科科學技術谘詢委員會委員；1996年受聘為中國計算機學會外圍設備專業委員會副主任委員；2001年受聘為中國城市規劃學會生態城市專業委員會副主任委員；2001年受聘為全國水利學科水利水電工程專業教學指導委員會委員；2002年受聘為全國電氣學科電氣自動化專業教學指導委員會委員；2002年當選為湖北省振動學會秘書長；2003年受聘為國傢自然科學基金項目同行評議專傢；2004年當選為湖北省水力發電工程學會常務理事；2004年受聘為中國水力發電工程學會水電控製設備專委會委員；2004年受聘為國傢科學技術奬評審專傢；2005年當選為國際一般係統論研究會中國分會信息係統與信息理論專委會副理事長；2005年受聘為湖北省水利學會水利規劃專業委員會副主任委員；2005年受聘為數字流域科學與技術湖北省重點實驗室副主任；2006年受聘為國傢核心學術刊物《水電能源科學》副主編；2007年受聘為國際一般係統論研究會中國分會理事；2007年受聘為湖北省係統工程學會常務理事；2008年受聘為教育部水利學科水文與水資源工程專業教學指導分委員會委員；2009年受聘為中國人工智能學會自然計算與數字智能城市專委會委員；2009年受聘為中國水利教育協會高等教育分會第四屆理事會常務理事；2009年受聘為冶金工業過程係統科學湖北省重點實驗室學術委員會委員；2009年受聘為全球水夥伴（中國）技術委員會委員；2009年受聘為湖北省水力發電工程學會副理事長；2010年受聘為湖北省水土保持學會常務理事；2010年受聘為《當代水科學前沿叢書》學術委員會委員；2010年受聘為中國農業機械學會排灌機械分會第九屆委員會委員；2010年受聘為《排灌機械工程學報》第九屆編輯委員會委員；2010年受聘為江蘇省水利動力工程重點實驗室學術委員會委員；2011年受聘為中國水利學會水生態專業委員會委員；2011年受聘為水利部、中國科學院水工程生態研究所學術委員會委員；2011年受聘為水利部水工程生態效應與生態修復重點實驗室第一屆學術委員會委員；2012年受聘為潘傢錚水電科技基金第二屆理事會理事；2012年受聘為湖北省建設粒料製備工程中心學術委員會專傢；2013年受聘為流域水資源與生態環境科學湖北省重點實驗室學術委員會委員。

目錄

第一篇 水輪發電機組動力學第1章 水輪發電機組動力學問題及其研究概述（3）1.1水輪發電機組産生振動的因素（3）1.2水輪發電機組轉子動力學問題概述（6）1.2.1轉子動力學問題簡介（6）1.2.2轉子動力學問題研究現狀（7）1.3水輪發電機組振動分析（8）第2章 單一故障影響下水輪發電機組振動分析（10）2.1水輪發電機組徑嚮振動特性分析（10）2.1.1水輪發電機組徑嚮振動動力學模型（11）2.1.2水輪發電機組徑嚮振動特性分析（14）2.2水輪發電機組轉子不對中的振動特性分析（22）2.2.1綜閤不對中機組軸係動力學模型（23）2.2.2綜閤不對中機組軸係動力學特性分析（26）2.2.3本節小結（36）2.3水輪發電機組在軸嚮推力作用下的振動特性分析（37）2.3.1碰摩轉子在軸嚮推力作用下的動力學模型（38）2.3.2軸嚮推力作用下碰摩發電機轉子特性分析（40）2.3.3本節小結（58）2.4水輪發電機組非綫性電磁振動特性分析（59）2.4.1不平衡磁拉力的計算方法簡介（60）2.4.2機組軸係非綫性動力學模型（63）2.4.3機組非綫性電磁振動特性分析（65）2.4.4本節小結（72）第3章 耦閤振動作用下水輪發電機組轉子動力學分析（73）3.1陀螺效應下水輪發電機組的彎扭耦閤振動分析（73）3.1.1立式轉子彎扭耦閤振動基本原理（73）3.1.2單質量不平衡轉子的彎扭耦閤振動（77）3.2水輪發電機組聯軸器不對中彎扭耦閤振動分析（94）3.2.1固定式剛性聯軸器平行不對中（94）3.2.2可移式剛性聯軸器平行不對中（102）3.3水輪發電機組碰摩彎扭耦閤振動分析（106）3.3.1碰摩轉子彎扭耦閤振動動力學模型（107）3.3.2碰摩轉子彎振和扭振特性分析（111）
第二篇 信號處理與軸心軌跡特徵提取第4章 信號分析及特徵提取（125）4.1傳統信號分析方法（125）4.1.1時域信號分析（126）4.1.2振動信號的頻域分析（127）4.1.3傳統信號分析方法存在的問題（128）4.2小波變換（128）4.2.1小波和小波變換（128）4.2.2多分辨分析（130）4.3Hilbert-Huang變換（133）4.3.1經驗模態分解（133）4.3.2Hilbert譜分析（136）4.4微弱信號混沌振子檢測原理（136）4.4.1混沌振子基本檢測原理（137）4.4.2混沌振子檢測微弱信號的頻率和相位（138）4.4.3信息融閤與混沌振子檢測微弱信號幅值（140）4.4.4加權平均融閤與混沌振子檢測微弱信號幅值（141）4.4.5基於信息融閤技術的混沌振子狀態識彆（143）4.4.6信息融閤與混沌振子在故障診斷中的應用（145）第5章 軸心軌跡自動識彆方法（148）5.1水輪發電機組軸心軌跡的特點（148）5.1.1軸心軌跡形狀信息在故障診斷係統中的作用（148）5.1.2軸心軌跡自動識彆方法分析（149）5.1.3水輪發電機組軸心軌跡的特點（149）5.2軸心軌跡自動識彆原理（150）5.2.1小波提純原理（150）5.2.2軸心軌跡圖形特徵提取（150）5.2.3軸心軌跡形狀特徵自動識彆的常規方法（153）5.2.4神經網絡原理（153）5.3基於PJFMIs不變矩的軸心軌跡識彆（157）5.3.1Pseudo-Jacobi（p=4,q=3）-Fourier矩（PJFMs）（157）5.3.2Pseudo-Jacobi（p=4,q=3）-Fourier不變矩（PJFMIs）（158）5.3.3PJFMs的快速算法（158）5.3.4PJFMIs提取軸心軌跡特徵（159）5.3.5神經網絡及其參數選擇（159）5.4基於快速變換的軸心軌跡識彆（159）5.4.1現代智能算法（160）5.4.2基於Haar正交矩陣的夾角識彆（174）5.4.3基於幾何特徵和Fourier描繪子的軸心軌跡識彆（181）5.4.4基於Walsh描繪子和支持嚮量機的軸心軌跡識彆（188）5.5基於混閤神經網絡的軸心軌跡自動識彆（194）5.5.1引言（194）5.5.2脈衝耦閤神經網絡（194）5.5.3基於脈衝耦閤神經網絡融閤的軸心軌跡特徵提取（200）
第三篇 水輪發電機組智能故障診斷方法第6章 水輪發電機組的支持嚮量機故障診斷方法（209）6.1支持嚮量機基本理論（209）6.1.1統計學習理論（209）6.1.2機器學習的本質（212）6.1.3結構風險最小化（214）6.1.4支持嚮量機（216）6.2基於支持嚮量機的水輪發電機組振動故障分類研究（222）6.2.1最小二乘支持嚮量機（222）6.2.2基於最小二乘支持嚮量機的故障分類模型（225）6.2.3水輪發電機組振動故障分類識彆（229）6.3基於遺傳算法的支持嚮量機模型參數選擇（232）6.3.1遺傳算法（233）6.3.2GA-LSSVM預測模型參數選擇（236）6.3.3實例分析（239）6.4基於支持嚮量機的水輪發電機組狀態預測研究（241）6.4.1預測方法概述（241）6.4.2基於小波與最小二乘支持嚮量機的集成預測模型（242）6.4.3預測方法評價準則和誤差評價函數（246）6.4.4水輪發電機組振動狀態預測分析（249）第7章 水輪發電機組的Bayes網絡故障診斷方法（255）7.1Bayes網絡的基本理論（255）7.1.1Bayes理論的基本思想（256）7.1.2Bayes網絡的基本理論（257）7.2PPTC概率推理算法的優化與實現（265）7.2.1PPTC算法中的基本概念（265）7.2.2聯閤樹及其構造方法（267）7.2.3PPTC算法的概率推理（271）7.2.4PPTC算法實現中的優化（278）7.3基於Bayes網絡的水輪發電機組狀態檢修係統（279）7.3.1基於Bayes網絡的知識錶示（280）7.3.2基於Bayes網絡的專傢係統建模（281）7.3.3專傢係統的推理機製（283）7.3.4專傢係統的應用與分析（285）7.3.5基於Bayes網絡的水輪發電機組檢修策略（286）7.3.6基於Bayes網絡的檢修決策係統（287）7.4水輪發電機組狀態檢修係統的知識獲取（290）7.4.1Bayes學習理論（291）7.4.2完整數據集下的Bayes網絡參數學習（297）7.4.3不完整數據下的參數學習（298）7.4.4基於最大信息熵的學習算法（ME算法）（300）7.4.5ME算法與EM算法的性能分析（301）第8章 基於信息融閤技術的故障集成診斷（303）8.1基於快速變換的故障信號分類（304）8.1.1故障信號快速變換（304）8.1.2快速變換基於Fisher準則的最優選取（307）8.2基於熵權理論和信息融閤技術的水輪發電機組振動故障診斷（315）8.2.1灰色關聯原理（315）8.2.2熵權理論（317）8.2.3基於證據的信息融閤理論（318）8.2.4基於熵權理論和信息融閤技術的水輪發電機組故障診斷（319）8.2.5應用實例（321）8.3基於粗糙集和信息融閤技術的水輪發電機組振動故障診斷（323）8.3.1基於粗糙集和證據理論的故障診斷（323）8.3.2水輪機調速係統故障診斷實例（325）
第四篇 狀態監測與故障診斷係統第9章 水輪發電機組運行狀態監測（331）9.1機組工況參數監測（332）9.2機組穩定性監測（335）9.2.1機組穩定性監測內容（335）9.2.2機組穩定性監測技術（335）9.3發電機狀態監測（335）9.3.1發電機狀態監測內容（335）9.3.2發電機狀態監測技術（335）9.4水輪機空化空蝕監測（336）9.4.1空化空蝕監測目的和原理（336）9.4.2水輪機空化空蝕監測技術（337）9.5主變壓器狀態監測（338）9.5.1油色譜分析（338）9.5.2油色譜分析診斷方法（339）9.6水輪發電機組振動、擺度狀態監測係統實例（341）9.6.1係統總體框架（341）9.6.2係統各部分功能概述（342）9.6.3DSP信號處理闆設計（348）9.6.4信息分析功能要求（352）9.6.5數據庫要求（353）9.6.6決策係統（354）第10章 分布式遠程故障診斷係統工程應用（358）10.1分布式遠程故障診斷係統結構（359）10.2專傢係統設計及基本診斷方法（361）10.2.1係統結構（361）10.2.2知識庫模塊設計（362）10.2.3推理機模塊設計（365）10.2.4解釋器模塊設計（369）10.2.5自學習機模塊設計（369）10.3故障樹診斷方法（374）10.3.1故障樹分析基礎（374）10.3.2故障樹子係統結構（375）10.3.3故障樹管理維護模塊（375）10.3.4故障樹分析模塊（377）10.3.5故障樹診斷模塊（379）10.4基於案例的故障診斷算法模型（379）10.4.1係統結構（379）10.4.2故障徵兆提取模塊設計（380）10.4.3案例庫模塊設計（381）10.4.4檢索機製模塊設計（381）10.4.5解釋器模塊設計（383）10.4.6案例庫的學習與維護模塊設計（383）10.5多診斷方法的決策融閤及應用（385）10.6展望（386）參考文獻（389）

前言/序言

　　水輪發電機組的安全運行涉及水力、電力、機械、結構等諸多方麵，是一類多場耦閤復雜非綫性動力學問題，迄今人們對它的瞭解還不夠，尤其是大型水輪發電機組安全、穩定、高效運行還有許多亟待研究的理論和急需解決的關鍵科學與技術問題。　　盡管國內外對水輪發電機組發電過程控製、故障診斷等科學問題開展瞭一係列研究，但隨著我國大規模水電站群的建成和巨型水輪發電機組的投運，還缺乏對機組水-機-電耦閤係統復雜動力學行為機理的深刻認識，至今還沒有係統的理論依據與技術對策，這將嚴重影響水電站及其互聯電力係統的安全，並成為製約機組安全、經濟運行的技術瓶頸。此外，負荷需求的不確定性對水輪發電機組運行産生不利影響的動力學效應、機組控製策略對水-機-電耦閤係統故障演變模式的影響等學科交叉領域的研究嚴重滯後，迫切需要對水輪發電機組動力學問題進行深入研究，揭示水-機-電耦閤係統運行故障的産生機理、演化過程及發展模式。因此，從復雜性科學理論的視點凝煉水輪發電機組動力學問題，闡明機組狀態監測、故障診斷和優化控製等研究中涉及的科學問題，解析水輪發電機組復雜非綫性動力學行為，揭示水-機-電耦閤係統非平穩故障演化規律，明晰係統故障演化發展的性質、程度和範圍，提齣故障診斷的先進理論與方法，實現機組控製策略對機組故障蔓延、惡化的有效抑製，形成機組故障監測、智能診斷與發電優化控製有效融閤的多維調控理論與技術體係，具有重要的理論意義和工程應用價值。　　該書是作者十多年來圍繞水輪發電機組故障診斷研究工作的總結，不僅係統、深入地介紹瞭作者的理論研究和實踐探索，而且更多反映瞭當前水輪發電機組故障診斷研究的動態以及作者在該領域獨到的見解和取得的研究成果，提齣的理論與方法更加前進瞭一步，並在工程實踐中得到應用和檢驗，體現瞭作者寬廣的學術視野和對前沿研究方嚮的把握能力。全書從機組復雜動力學問題的基礎性研究著手，對機組的振動機理與故障演化規律，機組非平穩故障信號分析與特徵提取，智能故障診斷方法以及機組狀態監測與故障診斷係統等方麵的研究進行瞭全麵的論述，具有很強的係統性，是一本理論結閤實際、具有重要學術價值的著作。需要指齣的是，大型水輪發電機組安全、穩定運行所涉及的理論與方法具有很強的學科交叉性，其中的動力學問題、信號處理問題、模式識彆問題是很多學科都在開展的基礎性科學與技術問題。因此，該書的齣版不僅豐富和發展瞭水輪發電機組安全、穩定運行理論研究的內涵和外延，而且是現代自然學科類交叉科學的重要著作，是一部麵嚮基礎研究、麵嚮應用，介紹新理論、新進展、新趨勢的專著，可為相關研究人員提供藉鑒和指導。　　希望這本書對推動相關領域的學術研究和工程應用技術發展能起到重要作用。
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