本文公開的發(fā)明涉及一種用于計算電動旋轉(zhuǎn)機(jī)器的機(jī)械速度的方法以及根據(jù)隨附的權(quán)利要求所述的電動旋轉(zhuǎn)機(jī)器。

背景技術(shù)：

1、振動監(jiān)測是一種已知的用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)。它基于安裝在機(jī)器上的加速度計或壓電傳感器。

2、先進(jìn)的監(jiān)測方法通常部署頻譜分析來檢測和診斷一種類型的故障。例如，電動機(jī)軸的未對準(zhǔn)導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)機(jī)器的旋轉(zhuǎn)順序上的徑向運動的流程圖中的特征峰值。

3、對于故障分類，需要知道旋轉(zhuǎn)機(jī)器轉(zhuǎn)子的實際速度，以識別相關(guān)峰值，因為不同的故障(即不平衡、偏心等)會導(dǎo)致不同的測量故障模式。然而，故障模式的頻率通常與轉(zhuǎn)速有關(guān)。

4、此外，已知在變頻器中使用轉(zhuǎn)子位置估計技術(shù)來控制電動機(jī)的速度。為了估計電動機(jī)的速度，將諸如電流和電壓的電信號饋送到數(shù)學(xué)電動機(jī)模型，該模型輸出轉(zhuǎn)子的估計位置。數(shù)學(xué)電動機(jī)模型的參數(shù)通常在調(diào)試期間進(jìn)行測量。因此，出現(xiàn)的問題在于，數(shù)學(xué)模型的參數(shù)可能是不準(zhǔn)確的，并且它們可能在運行期間隨著時間的推移而變化，例如由于電動機(jī)的溫度磨損的變化、繞組的故障和/或電動機(jī)負(fù)載的變化，這導(dǎo)致不準(zhǔn)確的結(jié)果，即電動機(jī)速度的不準(zhǔn)確估計。

5、在這種背景下，需要精確計算電動旋轉(zhuǎn)機(jī)器的電動機(jī)速度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，公開了一種用于計算電動旋轉(zhuǎn)機(jī)器的機(jī)械速度的方法。

2、根據(jù)本發(fā)明的方法包括：使電動機(jī)速度加速，計算由附接到旋轉(zhuǎn)機(jī)器的至少一個振動傳感器測量的信號的頻譜，從所計算的頻譜中提取機(jī)械速度分量，以及計算作為機(jī)械速度分量的函數(shù)的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的機(jī)械速度，其中，機(jī)械速度分量被提取為大于給定閾值的頻率分量的函數(shù)。

3、在本發(fā)明的上下文中，機(jī)械速度分量應(yīng)當(dāng)理解為相對于電動旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子的速度變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。特別是，機(jī)械速度分量可以是描述不平衡、不對準(zhǔn)或偏心水平的數(shù)學(xué)表達(dá)式，這種不平衡、不對準(zhǔn)或偏心實際上存在于每種應(yīng)用中，即使它不被認(rèn)為是故障而是正常的。該數(shù)學(xué)表達(dá)式可以基于或包含相對于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的頻譜模式中的峰值。

4、通過使用機(jī)械速度分量，可以非常精確地計算旋轉(zhuǎn)機(jī)器的速度。此外，機(jī)械速度分量可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)機(jī)器的變化特性隨時間變化。因此，通過使用機(jī)械速度分量周期性地計算旋轉(zhuǎn)機(jī)器的速度，旋轉(zhuǎn)機(jī)器的變化特性被包括在旋轉(zhuǎn)機(jī)器的速度的計算中，從而產(chǎn)生關(guān)于狀態(tài)的非常精確的信息，即旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)速。因此，可以更新在旋轉(zhuǎn)機(jī)器的調(diào)試期間測量的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的數(shù)學(xué)電動機(jī)模型的參數(shù)，以便生成表示旋轉(zhuǎn)機(jī)器的當(dāng)前狀態(tài)的精確數(shù)學(xué)電動機(jī)模型。

5、通過提取作為大于給定閾值的頻率分量的函數(shù)的機(jī)械速度分量，僅使用顯著的振動作為旋轉(zhuǎn)機(jī)器的速度的指標(biāo)。因此，與旋轉(zhuǎn)機(jī)器的速度無關(guān)的背景噪聲對所計算的機(jī)械速度的影響被最小化。

6、為了計算作為機(jī)械速度分量的函數(shù)的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的機(jī)械速度，所提取的機(jī)械速度分量的值可以被用作機(jī)械速度，或者該值可以被數(shù)學(xué)地轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)速度或角速度，或者例如對應(yīng)的指數(shù)值。

7、根據(jù)實施例，閾值是頻譜的多個頻率的平均值的倍數(shù)，特別是三倍。

8、通過動態(tài)地計算用于從頻譜中提取機(jī)械速度分量的閾值，即基于頻譜的多個頻率，特別是頻譜的每個頻率，可以避免閾值過高或過低的情況。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)頻譜的所有頻率的平均值的三倍的閾值足以識別代表性的機(jī)械速度分量。

9、根據(jù)另一個實施例，閾值是頻譜的頻率的標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)，特別是三倍。

10、通過考慮閾值計算的標(biāo)準(zhǔn)偏差，極值對閾值的影響被最小化，使得閾值表示旋轉(zhuǎn)機(jī)器的整體性能。

11、根據(jù)另一個實施例，機(jī)械速度分量被提取為大于給定閾值的多個頻率的函數(shù)。

12、通過考慮用于計算機(jī)械速度的多個頻率，可以使用多個機(jī)械原點(諸如旋轉(zhuǎn)機(jī)器上多個點處的多個變形)來非常精確地計算機(jī)械速度。

13、根據(jù)另一個實施例，該方法還包括：估計作為在旋轉(zhuǎn)機(jī)器的操作期間測量的至少一個電參數(shù)的函數(shù)的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置，基于所估計的轉(zhuǎn)子位置來確定所估計的電動機(jī)速度，以及通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)機(jī)器的控制參數(shù)來使機(jī)械速度與所估計的電動機(jī)速度之間的差最小化。

14、根據(jù)另一個實施例，通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)機(jī)器的控制參數(shù)使得所估計的電動機(jī)速度接近所計算的機(jī)械速度，使機(jī)械速度與所估計的電動機(jī)速度之間的差最小化。

15、為了基于所計算的機(jī)械速度來控制旋轉(zhuǎn)機(jī)器，可以基于所計算的機(jī)械速度與在用于控制旋轉(zhuǎn)機(jī)器的控制回路中使用的所估計的電動機(jī)速度之間的差來調(diào)整控制參數(shù)。

16、因此，加速度計信號可以用于在操作期間調(diào)整電動機(jī)模型參數(shù)。

17、該調(diào)整可以基于頻譜分析算法，該算法提供適應(yīng)任何操作條件的精確電動機(jī)模型參數(shù)。在算法的一方面，加速度計信號的頻譜分析是提取旋轉(zhuǎn)機(jī)器的機(jī)械速度的精確測量值的節(jié)點。另一方面，所估計的轉(zhuǎn)子位置用于推導(dǎo)所估計的轉(zhuǎn)子速度。然后，計算所計算的電動機(jī)速度和所估計的轉(zhuǎn)子速度之間的差異?；谠摬町?，以使差異最小化的方式調(diào)整電動機(jī)參數(shù)。

18、根據(jù)另一個實施例，機(jī)械速度被饋送到旋轉(zhuǎn)機(jī)器的數(shù)學(xué)電動機(jī)模型中，以用于控制旋轉(zhuǎn)機(jī)器。

19、通過將機(jī)械速度饋送到數(shù)學(xué)電動機(jī)模型中，數(shù)學(xué)電動機(jī)模型將自動地基于所計算的機(jī)械速度將自身調(diào)整為控制旋轉(zhuǎn)機(jī)器，因此非常準(zhǔn)確。

20、根據(jù)另一個實施例，來自通過附接在旋轉(zhuǎn)機(jī)器的不同位置處的多個振動傳感器測量的多個信號的多個頻譜被使用，并且機(jī)械速度被計算為具有最大值和/或最小方差的機(jī)械速度分量的函數(shù)。

21、通過使用多個振動傳感器，可以找到用于測量代表旋轉(zhuǎn)機(jī)器速度的信號的最佳點。

22、根據(jù)另一個實施例，將所計算的機(jī)械速度作為冗余速度反饋信號發(fā)送到安全函數(shù)。

23、通過使用冗余信號，可以識別主信號的估計故障。此外，通過使用用于控制旋轉(zhuǎn)機(jī)器的機(jī)械速度而不是主信號，可以在用于估計主信號的故障的情況下進(jìn)一步操作旋轉(zhuǎn)機(jī)器。

24、根據(jù)另一個實施例，在所計算的機(jī)械速度與基于由編碼器和/或解算器測量的信號所計算的速度之間的差大于容限閾值的情況下，輸出故障消息。

25、通過使用所計算的機(jī)械速度作為參考，可以容易地識別故障速度信號。因此，在識別出故障速度信號的情況下，故障速度信號下面的傳感器也一定是有故障的。

26、根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及一種電動旋轉(zhuǎn)機(jī)器。旋轉(zhuǎn)機(jī)器包括轉(zhuǎn)子、多個振動傳感器和處理器，其中，處理器被配置為執(zhí)行本文公開的方法的實施例。

27、根據(jù)實施例，多個振動傳感器是監(jiān)測系統(tǒng)的一部分。

28、通過使用作為監(jiān)測系統(tǒng)的一部分的振動傳感器作為計算機(jī)械速度的振動傳感器，振動傳感器具有雙重功能。因此，在配備有基于振動傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的情況下，不需要額外的傳感器來執(zhí)行本文公開的方法。

29、根據(jù)另一個實施例，多個振動傳感器包括至少一個加速度傳感器。

30、特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)加速度傳感器適合于識別例如由于變速箱或皮帶的特定振動而產(chǎn)生的與速度相關(guān)的信號。

31、根據(jù)另一個實施例，電動旋轉(zhuǎn)機(jī)器不包括編碼器和/或解算器。

32、通過使用本文公開的方法或機(jī)器，可以非常精確地計算機(jī)器的速度。因此，不需要額外的傳感器，諸如編碼器和/或解析器。

33、根據(jù)本發(fā)明的用于估計電動旋轉(zhuǎn)機(jī)器的機(jī)械速度的方法的估計的效果和進(jìn)一步的實施例類似于根據(jù)上述描述的內(nèi)容的效果和實施例。因此，可以參考以上內(nèi)容的描述。