1. 研究目的与意义

当今世界各国研究和使用的清洁能源一般包括风能、太阳能、地热能、生物质能及潮汐能等，其中风能是太阳能转变的一种形式，取之不尽，用之不竭，分布广泛，储量大同时对环境没有污染，因此成为全球使用增速最快，占比较大的新能源。我国拥有辽阔的疆域、绵长的海岸线，同时拥有较为丰富风能资源。因其清洁持久，风能已逐渐成为我国助力可持续发展战略不可或缺的新能源。在风力发电的过程中，要对风力发电设备进行监管，控制分析，以免在发电过程中出现一些电力事故，在科学技术高速发展的今天，信息化产业高度发电，并被各个产业高度应用，在风力发电控制系统中，现代信息化控制技术也被广泛应用，是风力发电控制系统的重要技术支持，在现阶段风力发电控制系统中是不可缺少的一部分。家用风力发电机作为新兴技术，已经成为电力的重要来源。而风力发电机的故障检测也成为关注的重点问题。

风力发电机的故障检测主要集中在发电机、齿轮箱等部件以及对电网的影响等方面的研究上，而对于叶片的研究相对较少。作为风力发电机组的关键部件及整机系统能量的输入部件，叶片的性能状态直接对系统的性能、状态以及安全产生影响。但是受传统观念的影响，研究人员对于叶片的状态检测基本停留在实验阶段。典型电气故障主要有发电机、电力电子元件、电气系统及控制系统故障；典型机械故障主要有传动链轴承、齿轮箱及叶片轮毂故障。不管是哪一类故障都会给风电机组运行造成严重的影响，当故障累计到一定程度后便会引发事故带来巨大经济损失。目前风力发电机系统常见故障检测的方法主要有基于解析模型的故障诊断方法、基于信号处理的故障诊断方法、基于神经网络的故障诊断方法。

以梁帆设计的风力发电机状态检测系统为例，基于对项目进行总体规划，定义该系统是用于接收风机plc文件、分析处理数据并支持web页面的软件系统。在从用户的角度分析系统需求、明确系统目标、确定系统的组成功能和性能需求后，他对系统进行总体设计，确定边界和数据来源，按功能把系统分为六大模块，分别是用户管理模块、测量设置模块、数据接收和存储模块、数据处理模块、数据显示模块、越限报警模块，并根据其不同特点对每个模块进行了详细设计。论文中详细论述了系统的实现方案，物理架构的实现采用web服务、计算服务、文件解析服务程序分布式的结构，各模块的实现描述了各类的组成和关系，实现的关键技术和步骤。但是该系统还存在一些不足，比如通过对风机和测量任务的匹配路径，确定plc文件的数据在系统内的位置，虽然只需在数据初始化时配置一次，但每台风机需要配置的内容比较多，当风机数量较多时，这些配置显得尤为繁琐。此外，系统数据库容量不足，以及市面上提供人工智能测功能的cms系统数量极少等等，均是较难解决的问题。

2. 研究内容和预期目标

本课题基于单片机为控制与计算核心，面向家用风力发电机，研究其运行故障诊断与监控系统，为维持家用风力发电机高效运行提供技术保障。系统主要包括控制核心模块、参数检测模块、故障诊断模块、人机交互模块等。

本课题预期完成以下目标：

（1）掌握单片机基本原理、硬件组成及结构；

（2）熟练掌握单片机编程方法、掌握以单片机为核心的监控系统设计与分析；

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用单片机为主控制器，作为下位机硬件的中心器件，同时结合电源转换电路、时钟电路、sdram部分以及其他模拟电路，完成对风力发电机的振动和温度信号进行采集、对发电机运行的控制以及与上位机的通讯。

其设计的主要步骤：

(1)查阅传感器、直流电动机等模块的相关资料，学习单片机的相关知识，熟悉单片机的基本工作原理及指令系统，并掌握电路仿真软件和程序编译软件的使用方法。

4. 参考文献

[1] [1]梁帆．风力发电机状态监测系统的设计与实现．东南大学，2014．

[2]孙世元．大型风力发电机组旋转机械的状态监测及分析．科技与企业，2013(7)：397-397．

[3]胡让．风力发电机叶片故障诊断研究及实现．兰州交通大学，2015．

5. 计划与进度安排

（1）2019-2-20～2019-3-17（4周） 查阅相关背景及技术资料，制订具体计划，撰写开题报告。

（2）2019-3-20～2019-3-31（2周） 提出实现方案，熟悉单片机硬件资源及编程技巧。

（3）2019-4-03～2019-4-21（3周） 设计电路原理图，提出程序框图，编制控制程序。