用于在电驱动器系统中确定不期望的状态的方法和控制器技术方案

技术编号:14258152 阅读:89 留言:0更新日期:2016-12-22 21:55
本公开内容涉及一种用于在电驱动器系统中确定不期望的状态的方法,所述电驱动器系统包括电机和电驱动器,其中所述方法包括a)获得关于所述电驱动器系统的电参数或机械参数的测量信号,b)获得所述测量信号的频谱,该频谱含有测量的频率分量,c)确定测量的频率分量是否处于距趋势线的预定距离之内,所述趋势线与在特定的不期望状态过程中存在的电参数或机械参数的仅一个特定频率分量相关联,d)在测量的频率分量处于距离所述趋势线预定距离内的状态下,增加与所述趋势线相关联的计数器,e)重复步骤a)至d),其中如果计数器在步骤a)至d)预定的迭代次数内达到预定数目,则f)基于所述计数器达到该预定数目而确定该电驱动器系统经受与所述趋势线相关联的不期望状态。

【技术实现步骤摘要】

本公开一般涉及电驱动器系统,即包括电机和电驱动器的系统。具体地,它涉及一种用于在电驱动器系统中确定不期望的状态的方法和控制器
技术介绍
在电驱动器中的状态监测通常是通过外部设备,即硬件模块获得的。这些设备与变频器一起被安装在工厂中,用它们自己的传感器和软件算法执行安装分析。在一些情况下,工厂系统被连接到重要数据被收集用于例如进一步后处理和趋势化的存储装置。这些操作通常非实时并且以被动方式在一个单独的计算机上离线分析,通过利用数据的时间或频率或时频分析来执行。WO2011114006A1公开了一种用于电和机械驱动的状态监测方法。在电驱动器的状态监测系统中,至少从一个电驱动器收集测量数据。测量数据被预处理,并且从经预处理的测量数据使用快速傅立叶变换建立频谱,检测到的振动频率和振幅从频谱被记录。检测到的振动频率和振幅与在时间上连续的所述至少一个检测到的振动频率和振幅进行比较。在比较中,在振动频率和振幅中的有害变化被定义,并且有害的变化被表示出。与基于实时的监测系统相比,离线状态监测的做法不允许对不期望的状态的快速响应。这是由于处理数据所需要的时间量,以及在数据采集过程中所涉及的周期性。US6507789公开了齿轮传动监测方法。该方法包括对于多个不同齿轮啮合频率中的每个,通过在一定时间段内获得齿轮传动状态的良好操作状态信号指示形成良好的工作状态基线矩阵,和将所获得的良好工作状态信号转换为良好工作状态时频谱;然后在一定时间段内获得齿轮啮合频率和测试信号,将所得到的测试信号转换为测试时频谱,并使用齿轮啮合频率和良好工作状态的基线矩阵来检查测试时频谱以监测齿轮传动状态。
技术实现思路
鉴于上述情况,本专利技术的目的是解决或至少减轻现有技术的问题。因此,根据本公开内容的第一方面,提供了一种用于在电驱动器系统中确定不期望的状态的方法,所述电驱动器系统包括电机和电驱动器,其中该方法包括:a)获得关于所述电驱动器系统的电参数或机械参数的测量信号,b)获得所测量信号的频谱,其频谱含有测量的频率分量,c)确定测量的频率分量是否处于距趋势线的预定距离之内,所述趋势线与在特定的不期望状态过程中存在的电参数或机械参数的仅一个特定频率分量相关联,d)在测量的频率分量处于距离所述趋势线预定距离内的状态下,增加与所述趋势线相关联的计数器,e)重复步骤a)至d),其中如果计数器在步骤a)至d)预定的迭代次数内达到预定数目,f)基于所述计数器达到预定数目确定该电驱动器系统经受与所述趋势线相关联的不期望状态。该方法提供在线监测能力,产生对不期望状态的快速反应,导致安装的上方维护的潜在降低。该方法可以进一步潜在地用作主动维护的工具。使用不期望的状态是指故障状态,即失效,或潜在地在时间上可能会导致故障状态的状态。一个实施例包括使用在步骤c)中利用马氏(Mahalanobis)距离来确定测量的频率分量和趋势线之间的距离,以确定测量的频率分量是否位于距离趋势线的预定距离内。如果测得的频率分量位于或接近趋势线,欧氏(Euclidean)距离可以为趋势线上和那些远离它的点产生相同的距离,因为它使用趋势线的平均值被计算,而不考虑趋势线本身的距离。马氏距离是欧氏距离的增强形式。根据用于各种不期望状态的频率分量特性的现有知识,它使用了协方差矩阵来包括用于某一不期望状态的多个点的趋势。作为其坐标,每个点具有测量信号的测量频率和相关联的频率分量,即谐波。协方差矩阵推广方差至多个维度的概念;在目前的情况下至两个维度。在两维空间内趋势线的点组的变化不能由单一的数字完全分类;2×2矩阵是必要的以充分表征二维变化。根据一个实施例,频谱是通过傅立叶变换获得的。根据一个实施例,频谱是通过快速傅里叶变换获得的。根据一个实施例,频谱是通过稀疏快速傅立叶变换获得的。本专利技术人已经认识到,通常用于电驱动器系统的不期望状态检测的可测量信号包含相对较少的频率分量,并且因此稀疏频率变换可以被用于频谱分析。稀疏信号被定义为具有离散傅立叶变换(DFT)的信号,其中大部分的傅立叶系数具有接近或等于零的值。因此这样的信号的频谱将包含少量的峰值。稀疏频率变换适于稀疏信号,因为它不提供从时域到频域中的特定范围内的潜在的每一个频率的映射;稀疏频率变换能够从时域映射函数到频域中的一些频率而不是所有频率。稀疏快速傅立叶变换(SFFT)具有比常规的FFT更好的计算要求;特别是它减少计算数量至O(Logn*sqrt(nk*logn))的量级,其中,n是在采样时间窗内的样本数,k是信号的稀疏性,其意味着在其频谱中非零频率的数量。相反,常规的FFT具有n*log(n)的量级。业已发现,SFFT足以作出与不期望状态有关的决定,特别是如果与马氏距离相结合。在频率变换,例如SFFT的快速傅立叶变换(FFT)家族中,马氏距离和频率变换以协同方式作用,如将在下面进行说明的。在FFT家族中频率变换的频率分辨率Δf等于时间窗口的持续时间Tw的倒数,即Δf=1/Tw。因此,时间窗口越小,FFT的频率分辨率越糟糕。时间窗口的可能大小取决于执行该方法的控制器的可用存储器的大小。因此,如果只有较小的可用内存量,这是常见的,频率分辨率将是粗糙的。粗的频率分辨率将导致不精确的测量的频率分量确定,而这又被用于确定它是否属于特定的趋势线,并且从而确定是否存在不期望的状态。即使测量的频率分量与实际存在的频率分量不同,马氏距离将创建趋势线两侧上的上阈值和下阈值-“气泡”,其中该气泡内的任何测量的频率分量将被确定为属于足够接近趋势线。因此,由于FFT的频率分辨率,测量的频率分量的频率的不确定性可以被校正或者利用用于所测量的频率分量的马氏距离至少被更确定得到。根据一个实施例,趋势线是基于用于多个电参数或机械参数的操作频率的理论模拟或实验测得的特定频率分量创建的线性回归趋势线。若干不期望状态的频谱被很好地建立,并在不期望状态的过程中已经由用于各种电参数或机械参数的理论建模或实验测量得到。根据一个实施例,步骤c)包括确定测量的频率分量是否在距离多条趋势线的预定距离内,在特定的不期望状态过程中,每条趋势线与存在的电参数或机械参数的相应特定频率分量相关联,其中,如果测量的频率分量在距离趋势线的预定距离内,在步骤d)中相应的趋势线的计数器被增加。根据一个实施例,如果在频谱中存在若干测量的频率分量,对每个测量的频率分量执行步骤a)至f),从而确定不期望状态。根据本公开的第二方面,提供一种用于在电驱动器系统中确定不期望状态的计算机程序,所述电驱动器系统包括电机和电驱动器,其中所述计算机程序包括计算机代码,当在控制器的处理单元上运行时,其使控制器:a)获得关于所述电驱动器系统的电参数或机械参数的测量信号,b)获得所测量信号的频谱,其频谱含有测量的频率分量,c)确定测量的频率分量是否处于距趋势线的预定距离之内,所述趋势线与在特定的不期望状态过程中存在的电参数或机械参数的仅一个特定频率分量相关联,d)在测量的频率分量处于距离所述趋势线预定距离内的状态下,增加与所述趋势线相关联的计数器,e)重复a)至d),其中如果计数器在a)至d)预定的迭代次数内达到预定数目,f)基于所述计数器达到预定数目确定该电驱动器系统经受与所述趋势线相关联的不期望状态。根据本公开内容的第三个本文档来自技高网
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用于在电驱动器系统中确定不期望的状态的方法和控制器

【技术保护点】
一种用于在包括电机(13)和电驱动器(11)的电驱动器系统(9)中确定不期望状态的方法,其中所述方法包括:a)获得关于所述电驱动器系统(9)的电参数或机械参数的测量信号,b)通过快速傅里叶变换,获得所述测量信号的频谱,所述频谱包含测量的频率分量,c)确定平面中的点是否处于距趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)的预定距离之内,所述点具有作为它的坐标的所述测量的频率分量的频率值和所述测量信号的基频,所述趋势线与在特定的不期望状态过程中存在的电参数或机械参数的仅一个特定谐波相关联,并且利用马氏距离来确定所述点和所述趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)之间的距离,以确定所述点是否在距所述趋势线的预定距离内,d)在所述点处于距所述趋势线的预定距离内的状态下,增加与所述趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)相关联的计数器,e)重复步骤a)至d),其中如果计数器在步骤a)至d)的预定的迭代次数内达到预定数目,f)基于所述计数器达到所述预定数目,而确定与所述趋势线相关联的谐波存在于所述测量信号中,并且因而所述电驱动器系统经受与所述趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)相关联的不期望状态。

【技术特征摘要】
2015.06.08 EP 15170998.71.一种用于在包括电机(13)和电驱动器(11)的电驱动器系统(9)中确定不期望状态的方法,其中所述方法包括:a)获得关于所述电驱动器系统(9)的电参数或机械参数的测量信号,b)通过快速傅里叶变换,获得所述测量信号的频谱,所述频谱包含测量的频率分量,c)确定平面中的点是否处于距趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)的预定距离之内,所述点具有作为它的坐标的所述测量的频率分量的频率值和所述测量信号的基频,所述趋势线与在特定的不期望状态过程中存在的电参数或机械参数的仅一个特定谐波相关联,并且利用马氏距离来确定所述点和所述趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)之间的距离,以确定所述点是否在距所述趋势线的预定距离内,d)在所述点处于距所述趋势线的预定距离内的状态下,增加与所述趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)相关联的计数器,e)重复步骤a)至d),其中如果计数器在步骤a)至d)的预定的迭代次数内达到预定数目,f)基于所述计数器达到所述预定数目,而确定与所述趋势线相关联的谐波存在于所述测量信号中,并且因而所述电驱动器系统经受与所述趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)相关联的不期望状态。2.如权利要求1所述的方法,其中所述频谱通过稀疏快速傅立叶变换获得。3.如前述权利要求的任一项所述的方法,其中所述趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)是线性回归趋势线,其基于用于所述电参数或机械参数的多个工作频率的理论建模或实验测得的特定频率分量创建。4.如前述权利要求的任一项所述的方法,其中步骤c)包括确定所述点是否处于距多条趋势线的预定距离内,每条趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)与在不期望的状态期间存在的所述电参数或机械参数的相应特定谐波相关联,其中如果所述点在距趋势线的预定距离内,在步骤d)中使对应的所述趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)的计数器增加。5.如前述权利要求的任一项所述的方法,其中,如果在所述频谱中存在若干测量的频率分量,对每个测量的频率分量执行步骤a)至f),以由此确定不期望的状态。6.一种用于在包括电机(13)和电驱动器(11)的电驱动器系统(9)中确定不期望的状态的计算机程序,其中所述计算机程序包括计算机代码,当在控制器(1)的处理单元(5)上运行时,所述计算机代码使得所述控制器(1):a)获得关于所述电驱动器系统(9)的电参数或机械参数的测量信号,b)通过所述快速傅里叶变换,获得测量信号的频谱,所述频谱包含测量的频率分量,c)确定平面中的点是否处于距趋势线(T2、T3、T5、T6、T9)的预定距离之内,所述点具有作为它的...

【专利技术属性】
技术研发人员:L·佩里蒂M·帕斯马纳森O·伊克拉姆尤尔哈克S·萨霍
申请(专利权)人:ABB技术有限公司
类型:发明
国别省市:瑞士;CH

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