一種基于模型的異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模型的異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法，其首先采集能夠正常運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)的三相輸入電壓信號(hào)和三相輸出電流信號(hào)，建立起數(shù)學(xué)模型，作為無(wú)故障模型；將無(wú)故障模型和在相同的輸入電壓u驅(qū)動(dòng)下并行運(yùn)行，得到即殘差信號(hào)d；然后其進(jìn)行時(shí)域分析，根據(jù)3σ原則確定異步電動(dòng)機(jī)殘差信號(hào)有效值的閾值η，通過(guò)監(jiān)測(cè)異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)殘差有效值dRMS是否超過(guò)閾值η來(lái)判斷故障是否發(fā)生；再對(duì)殘差信號(hào)d進(jìn)行頻域分析，根據(jù)殘差頻譜中出現(xiàn)的故障特征頻率分量fF來(lái)確定故障類(lèi)型。本發(fā)明可以有效地削弱輸入電壓對(duì)電機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷造成的不利影響，提高故障信號(hào)的信噪比，從而提高電機(jī)故障監(jiān)測(cè)的靈敏度和故障診斷的可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于模型的異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法，尤其是一種基于模型的異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的驅(qū)動(dòng)裝置。但是電動(dòng)機(jī)一旦發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程的中斷，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至威脅到現(xiàn)場(chǎng)操作人員的生命安全。
[0003]目前，電動(dòng)機(jī)故障診斷是主要是通過(guò)對(duì)定子電流信號(hào)直接進(jìn)行頻譜分析實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，在定子電流信號(hào)的頻譜中會(huì)出現(xiàn)如下所示的特征頻率成分(k=l, 2,…；n=l, 3, 5,…):
[0004]
【權(quán)利要求】
1.一種基于模型的異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)首先采集新的能夠正常運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的三相輸入電壓信號(hào)和三相輸出電流信號(hào)，利用基于極限學(xué)習(xí)機(jī)算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)辨識(shí)方法建立起該異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并把該數(shù)學(xué)模型作為該異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)故障模型； 2)將該異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)故障模型和該電機(jī)在相同的輸入電壓u驅(qū)動(dòng)下并行運(yùn)行，得到二者的輸出電流信號(hào)之差，即殘差信號(hào)d ； 3)對(duì)殘差信號(hào)d進(jìn)行時(shí)域分析，根據(jù)3σ原則確定異步電動(dòng)機(jī)殘差信號(hào)有效值的閾值η，通過(guò)監(jiān)測(cè)異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)殘差有效值dMS是否超過(guò)閾值η來(lái)判斷故障是否發(fā)生； 4)對(duì)殘差信號(hào)d進(jìn)行頻域分析，根據(jù)殘差頻譜中出現(xiàn)的故障特征頻率分量&來(lái)確定故障類(lèi)型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型的異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法，其特征在于，步驟I)中，異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)故障模型通過(guò)采用基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)辨識(shí)方法獲得，包括以下步驟: (a)米集得到異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的二相輸入電壓信號(hào)uA、uB、u。和二相定子電流信號(hào)iA、iB、i。，并按照比例分為訓(xùn)練樣本和檢驗(yàn)樣本兩部分，訓(xùn)練樣本用于學(xué)習(xí)得到異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)故障數(shù)學(xué)模型，檢驗(yàn)樣本用來(lái)對(duì)模型的效果進(jìn)行驗(yàn)證； (b)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用“串-并”辨識(shí)結(jié)構(gòu)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)目選為15，包括三相電壓信號(hào)的當(dāng)前值、三相電壓的延時(shí)信號(hào)、三相電流的延遲信號(hào)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量表示為:
xk = [uA (k)，uB (k)，uc (k)，uA (k-1)，uB (k-1)，uc (k_l)，uA (k_2)，uB (k_2)，uc (k_2)，iA (k_l`)，iB(k-1), ic(k~l), iA(k_2), iB(k_2), ic(k_2)]T 其中k = 1，2，...，N，N為訓(xùn)練樣本個(gè)數(shù)； 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)目為3，對(duì)應(yīng)三相輸出電流信號(hào)k時(shí)刻的值，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出向量表示為:
I' k = [i' A(k)， i' B(k), i' c(k)]T 隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)目為輸入層輸入向量維數(shù)的2倍，激勵(lì)函數(shù)選用Sigmoid函數(shù)，即g 00=1/(1+exp(-x))； (c)利用訓(xùn)練樣本采用極限學(xué)習(xí)機(jī)算法對(duì)電機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行學(xué)習(xí): 首先，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入權(quán)重向量Wj和隱層閾值b」隨機(jī)賦值其中，= 1,2，.N分為隱層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)； 然后，計(jì)算得到隱層輸出矩陣
giw^x^h^...g(W\)H=;i
g{w{-xN+bx)...容 最后，計(jì)算得到矩陣H的廣義逆矩陣好+，從而得到輸出權(quán)重向量及其中，，Y = [yi, I2,…，yN]T，Yk = [iA(k), iB(k), ic(k)]T，k = 1，2，…，N ;
(j Y(d)使矩陣HtH的對(duì)角線元素加上一個(gè)正數(shù)，即
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于模型的異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法，其特征在于，電壓、電流信號(hào)的采樣頻率為12.8KHz，連續(xù)采樣時(shí)長(zhǎng)不小于IOs ;數(shù)據(jù)樣本需要預(yù)先進(jìn)行取均值和歸一化處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型的異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法，其特征在于，步驟3)中，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)故障的監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)殘差信號(hào)的有效值進(jìn)行監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)的，具體包括如下步驟: a.異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立后，計(jì)算得到異步電動(dòng)機(jī)無(wú)故障時(shí)殘差信號(hào)，將2560個(gè)0.2s殘差信號(hào)樣本的有效值作為I個(gè)殘差監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)，計(jì)算殘差監(jiān)測(cè)點(diǎn)的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差0，根據(jù)30原則將殘差閾值為η = μ+3σ ； b.在異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)計(jì)算殘差監(jiān)測(cè)點(diǎn)幅值dKMS，并進(jìn)行判斷:若監(jiān)測(cè)點(diǎn)幅值dKMS小于閾值Π，說(shuō)明異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常；若監(jiān)測(cè)點(diǎn)幅值d-超出閾值η，則進(jìn)一步對(duì)異步電動(dòng)機(jī)故障類(lèi)型進(jìn)行診斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型的異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法，其特征在于，步驟4)中，電機(jī)故障的診斷是通過(guò)對(duì)殘差信號(hào)進(jìn)行頻域分析實(shí)現(xiàn)的:首先，對(duì)殘差時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換得到殘差信號(hào)的頻譜圖；然后，在殘差頻譜中尋找故障特征頻率分量fF，如果出現(xiàn)了故障特征頻率成分，則有相應(yīng)的故障發(fā)生。
【文檔編號(hào)】G01R31/34GK103698699SQ201310659828
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】侯成剛, 張利超 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)