一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法，该方法以两个传感器输出信号的差值为参考信号对控制器的输出信号进行滤波，得到控制器输出信号与两个传感器输出差值信号之间的相关系数，从而根据相关系数的极性准确判断出现故障的传感器。与现有技术相比，本发明专利技术方法可有效地识别出故障传感器，为提高主动磁悬浮轴承位移检测系统的可靠性提供一种新的实现方法。

A fault diagnosis method of magnetic bearing displacement sensor

【技术实现步骤摘要】
一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法
本专利技术涉及故障识别与诊断领域，尤其是涉及一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法。
技术介绍
线性系统的故障诊断已经有很多成熟的方法，从过去简单的检测滤波器、广义似然比、极大似然比发展到现在的基于观测器/滤波器方法、系统辨识、参数估计方法和一致空间法，但是研究的对象主要是线性定常系统模型，而实际应用中的许多系统都是非线性的。实际生产对象本身的非线性或者外部非线性因素的影响使得基于线性系统故障诊断方法得不到好的效果。由于非线性系统建模不精确、系统参数时变、存在外扰和噪声等，使得对这类系统的控制和分析都比较困难，对它的故障诊断也一直是难点。目前在故障诊断领域里，对线性系统的故障诊断已经研究的比较完善，而非线性系统的诊断方面还存在很多问题，如检测的鲁棒性和敏感性问题，检测的快速性问题，渐变型故障的检测问题，另外设计的非线性诊断算法通常局限于某一类对象，算法推广性也差。磁悬浮轴承系统是生产中常用到的轴承系统，磁悬浮轴承系统通常采用差动式位移传感器以提高位移检测的性能，差动式位移传感器在每个自由度上安装有两个位移传感器同时检测转子的位移。磁轴承位移传感器的探头被安装在转子附近，经常受到转子运行时带来的振动和高速气流的影响，最容易损坏，然而目前尚未有一种在传感器发生故障时可应用的有效的故障诊断方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：r>一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法，包括下列步骤：(一)、获取磁悬浮轴承单自由度系统中两个差动式位移传感器的输出信号。(二)、获取两个差动式位移传感器的输出信号的差值，并根据磁悬浮轴承单自由度系统结构判断差动式位移传感器输出信号与故障信号及干扰力的关系。磁悬浮轴承单自由度系统结构中，控制器的输出电压uc与传感器干扰信号ucs及转子干扰力信号ucf之间的关系式为：uc＝ucs+ucf式中，C(s)为控制器，G(s)为转子模型，Ks1和Ks2分别为传感器1和传感器2的增益，f为转子干扰力，d1、d2分别为传感器1和传感器2上的故障信号。(三)、根据步骤(二)获取的两个差动式位移传感器的输出信号的差值判断是否有传感器是否发生故障。根据两个传感器的差值信号判断是否有传感器是否发生故障的具体内容为：若两个传感器的差值信号Vd满足关系下式：|Vd|≤Vtol则认为两个传感器都没有发生故障，否则判定存在传感器出现故障。(四)、若判断存在传感器发生故障，获取控制器的输出信号与传感器故障信号的比例系数，对发生故障的传感器进行识别。具体内容为：利用两个差动式位移传感器的输出信号的差值信号Vd作为参考信号对控制器的输出电压uc进行滤波，则传感器故障信号ucs可表示为：ucs＝(-1)n(k0Vd0+kk0Vda)其中：式中，Vd0为两个差动式位移传感器的输出信号的差值信号Vd的直流分量，Vda为两个差动式位移传感器的输出信号的差值信号Vd的交流分量，k0为传感器交流干扰频率，kk0为传感器直流干扰频率；根据传感器故障信号ucs与Vd0、Vda的关系获取ucs与Vd0、Vda的比例系数，若ucs与Vd0、Vda的两个比例系数皆为负值，则表示传感器1发生故障，若ucs与Vd0、Vda的比例系数皆为正值，则表示传感器2发生故障。与现有技术相比，本专利技术方法以两个传感器输出信号的差值为参考信号对控制器的输出信号进行滤波，得到控制器输出信号与两个传感器输出差值信号之间的相关系数，从而根据相关系数的极性准确判断出现故障的传感器，可有效地识别出故障传感器，为提高主动磁悬浮轴承位移检测系统的可靠性提供一种新的实现方法。附图说明图1为差动位移传感器的主动磁悬浮轴承系统结构框图；图2为LMS自适应滤波框图；图3为本专利技术方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。本专利技术针对传感器的功能受损性故障提供了一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法，该方法包括下列步骤：步骤一、获取磁悬浮轴承单自由度系统中两个差动式位移传感器的输出信号。步骤二、获取两个差动式位移传感器的输出信号的差值，并根据磁悬浮轴承单自由度系统结构判断差动式位移传感器输出信号与故障信号及干扰力的关系。图1为采用差动式电涡流位移传感器的主动磁悬浮轴承单自由度系统结构框图。图中，C(s)为控制器；Ki为磁悬浮轴承的电流刚度系数；G(s)为转子模型；Ks1和Ks2分别为传感器1和传感器2的增益；r为参考输入；f为转子所受的干扰力；d1、d2分别为施加在传感器1和传感器2上的干扰信号，分别用来模拟传感器1和传感器2的故障；V1、V2分别为传感器1和传感器2的输出信号；uc为控制器的输出信号。根据图1的系统框图可以推导出控制器的输出电压和传感器干扰信号及转子干扰力f之间的关系。令ucs为传感器的故障信号，ucf为转子干扰力信号，假设两个传感器的特性完全一致，即有：KS1＝KS2＝KS则有：式中，由上两个式子可知，控制器的输出信号包含两部分：一部分和传感器的故障信号有关；一部分和转子的干扰力有关，即uc＝ucs+ucf。传感器故障的形式多种多样。本系统中的传感器主要有两大类故障形式，分别为非完全型故障和完全型故障。其中非完全型故障主要包括漂移偏差故障和固定偏差故障，主要是由偏置电流或偏置电压以及工作传感器发生温漂造成；而完全型故障主要包括开路故障和短路故障，主要是由于传感器信号线断路以及传感器硬件电路中芯片管脚未连接上或信号线短接造成的。根据公式可以推导出两个传感器输出信号的差值V1-V2。步骤三、根据两个传感器的差值信号判断传感器是否发生故障。假设两个传感器的特性完全一致，即有Ks1＝Ks2＝Ks，则V1-V2＝＝Ks(d1-d2)，当两个传感器的特性完全相同时，两个位移传感器输出信号的差值仅与传感器障信号有关，可利用这个特征来检测传感器的故障，即只要两个传感器的输出信号的差值信号Vd不为零，就表示某个传感器有故障。实际应用中两个传感器的特性不可能完全一致，因此定义一个允许的误差阈值Vtol，如果两个传感器的差值信号满足关系下式：|Vd|≤Vtol则认为传感器没有发生故障，否则判定传感器出现故障。步骤四、若判断有传感器发生故障，则对发生故障的传感器进行识别。两个传感器中任一个传感器发生故障都会导致两个传感器的差值信号Vd发生变化，因此通过Vd尽管可以发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：/n1)获取磁悬浮轴承单自由度系统中两个差动式位移传感器的输出信号；/n2)获取两个差动式位移传感器的输出信号的差值，并根据磁悬浮轴承单自由度系统结构判断差动式位移传感器输出信号与故障信号及干扰力的关系；/n3)根据步骤2)获取的两个差动式位移传感器的输出信号的差值判断是否有传感器是否发生故障；/n4)若判断存在传感器发生故障，获取控制器的输出信号与传感器故障信号的比例系数，对发生故障的传感器进行识别。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
1)获取磁悬浮轴承单自由度系统中两个差动式位移传感器的输出信号；
2)获取两个差动式位移传感器的输出信号的差值，并根据磁悬浮轴承单自由度系统结构判断差动式位移传感器输出信号与故障信号及干扰力的关系；
3)根据步骤2)获取的两个差动式位移传感器的输出信号的差值判断是否有传感器是否发生故障；
4)若判断存在传感器发生故障，获取控制器的输出信号与传感器故障信号的比例系数，对发生故障的传感器进行识别。


2.根据权利要求1所述的一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法，其特征在于，步骤2)中，磁悬浮轴承单自由度系统结构中，控制器的输出电压uc与传感器干扰信号ucs及转子干扰力信号ucf之间的关系式为：
uc＝ucs+ucf






式中，C(s)为控制器，G(s)为转子模型，Ks1和Ks2分别为传感器1和传感器2的增益，f为转子干扰力，d1、d2分别为传感器1和传感器2上的故障信号。


3.根据权利要求2所述的一种磁轴承位移传感器的故障诊断方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：何家宝，李建国，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海;31