基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法技术

本发明专利技术公开一种基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法，根据运行信息对应的特征参数设计对应的评估模型，依次计算出评估模型在运行状态的概率密度函数、隶属度函数、概率，从而建立决策矩阵，再依据初始评估经验获得初始权重向量和实时评估信息获得实时权重向量，从而获得综合权重向量；基于综合权重向量确定安全度矩阵，根据安全度矩阵计算出安全度、相对安全比和全局评估指标；本发明专利技术结合初始评估经验和实时评估信息建立多模联动方法，实现权重自适应调整，通过相对安全比来评估每个评估阶段的安全程度，并制定多阶段协作，通过判断全局评估指标对运行状态进行评估，有效地提高机电设备运行安全评估的准确性与时效性。

【技术实现步骤摘要】
基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法
本专利技术涉及机电设备运行状态识别领域，尤其是一种基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法。
技术介绍
随着科技和现代工业的快速发展，机电设备作为工业生产的重要工具，其健康运行直接关系到企业的安全生产，如旋转机械、航空运载工具等。例如：轮毂电机作为一种典型的机电设备，是电动汽车分布式驱动系统的核心技术之一，广泛应用于电动汽车领域，然而，电动汽车复杂多变的驾驶条件和操作环境以及轮毂电机特定的设计结构，极易诱发轮毂电机发生故障，这不仅加大了轮毂电机运行安全评估的困难，而且增加了每个评估指标的不确定性。传统的评估方法把机电设备的振动、噪声、温度、电流和电压等作为评估指标，分别评估机电设备的运行状态，其具有两个主要特征：一方面，每个评估指标都可以从某个阶段间接的推断出机电设备的运行评估状态，并且同一指标的可信度针对不同的评估目标有所不同，例如，振动、噪声和温度通常用于评估机械状态，电流和电压通常用去评估电气状态，因此，将一个指标用于同时评估机械和电气故障状态的操作安全性是不可取的；另一方面，评估标准是判定指标是否达到相应的阈值，可以将阈值设为两个、三个或者更多级别，基于振动的评估方法一般设为安全、预警和危险级别，因此，这些因素直接影响评估结果。目前采取较多的故障监测的方法包括：(1)2014年YingXie等人在杂志(第66卷第1-2期)《AppliedThermalEngineering》的“3Dtemperaturefieldanalysisoftheinductionmotorswithbrokenbarfault”中提出了3D温度模型，实现对感应电动机正常满载状态下转子断条的故障检测，但单一的温度信号监测或评估其运行状态，大大降低了轮毂电机运行状态的评估精度。(2)2019年RibeiroJunior等人在杂志(第177卷)《MechanicalSystemsandSignalProcessing》的“Faultdiagnosisofsingle-phaseinductionmotorbasedonacousticsignals”中提出了一种基于振动信号的多传感器数据融合和瓶颈层优化卷积神经网络诊断方法，实现对旋转机械的轴承和齿轮的故障识别，但仅考虑振动信号的诊断，很难有效的滤除监测信号中间歇性强干扰。(3)2020年HuanwenYang等在杂志(第20卷第2期)《JournalofPowerElectronics》的“Currentcovarianceanalysis-basedopen-circuitfaultdiagnosisforvoltage-source-inverter-fedvector-controlledinductionmotordrives”论文中提出了一种基于三相电流协方差分析的矢量控制感应电动机具有实时性、鲁棒性和准确性的IGBT开路故障诊断方法，但故障诊断时间仅选择当前周期的一半，没有考虑到前一时间状态对当前时间状态的影响，并不能够动态的调整诊断结果。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法，一方面结合初始的评估经验(专家经验)和实时的评估信息，建立多模联动方法；另一方面通过定义相对安全比和全局评估指标，建立多阶段协作的监测信息，全面考虑时间段，能够动态调整评估结果，提高了运行安全评估的准确性和时效性。本专利技术提出的基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法采用的技术方案是：分别采集并整理机电设备在安全、预警和危险的运行状态下n个评估阶段的运行信息，还包括以下步骤：步骤A：根据运行信息对应的特征参数设计对应的评估模型Mj，j＝1,2,3…m，m是评估模型个数；步骤B：依次计算出评估模型Mj在安全、预警、危险的运行状态的概率密度函数F(r)、隶属度函数Qq(r)和未知运行状态的隶属度函数值Q4(rij)，再得到在安全、预警、危险的运行状态概率αij、βij、γij和未知运行状态下的概率r为某一评估模型Mj的任意输出值，q＝1,2,3，rij为第j个评估模型下第i个评估阶段的输出值；步骤C：根据概率αij、βij、γij建立决策矩阵P；步骤D：基于决策矩阵P，再依据初始的评估经验获得初始权重向量ω0，同时依据实时的评估信息获得实时权重向量ω1，从而获得综合权重向量ω；步骤E：基于综合权重向量ω，确定第j个评估模型Mj在第i个评估阶段下的实时状态xi的阶段性的安全度矩阵pdj(xi,xk)，根据安全度矩阵pdj(xi,xk)计算出第i评估阶段下的实时状态xi相对于其他评估阶段下的实时状态xk的安全度pd(xi,xk)，根据安全度pd(xi,xk)计算出相对安全比k＝1,2,…,n，根据相对安全比得到全局评估指标GI，根据全局评估指标GI评估出机电设备的运行状态。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术结合初始的评估经验(专家经验)和实时的评估信息建立多模联动方法，以实现权重的自适应调整，从而能够动态的调整评估结果。2、本专利技术通过相对安全比来评估每个评估阶段的安全程度，并制定多阶段协作，通过判断全局评估指标是否达到阈值对机电设备运行状态进行评估，避免在受到外界的强干扰的情况下出现偶然性的预警状态，有效地提高了机电设备运行安全评估的准确性与时效性。附图说明图1是本专利技术第一阶段的机电设备多模联动和多阶段协作方法建立的流程图；图2是图1中建立多模联动方法的流程图；图3是图1中建立多阶段协作方法的流程图；图4是本专利技术第二阶段机电设备在线运行安全评估的硬件框图。具体实施方式上述
技术实现思路
的步骤介绍仅是对于技术手段的概述，为了更加准确地了解本专利技术的相关技术方案，以下介绍具体实施方式，并结合附图来进一步说明本专利技术的相关技术手段。本专利技术包括两个阶段，第一阶段为机电设备多模联动和多阶段协作方法的建立阶段；第二阶段为机电设备在线运行安全评估的阶段。参见图1，为第一阶段的机电设备多模联动和多阶段协作方法的建立阶段的流程图，具体步骤如下：步骤1：为了建立统一的评估标准，将机电设备的运行状态分为安全、预警和危险级别。分别采集并整理机电设备在不同运行状态下(安全、预警和危险)的运行信息，包括振动v、温度t和电流I等信号作为在线运行信息数据。根据运行信息对应的特征参数设计对应的评估模型。其中，振动v、温度t、电流I等信号的采样频率均为12.8kHz，每个评估阶段的采样时间设定为ΔT，连续采集nΔT，即可获得n个评估阶段。步骤2：将振动v信号的特征参数均方根RMS作为评估模型M1，特征参数均方根RMS表示如下：其中，vl是每个评估阶段的振动信号，l＝1,2,3…N，N是每个评估阶段的采样点数。将温度t信号的特征参数温升TR作为评估模型M2，特征参数温升TR表示如下：其中，tl是每个评估阶段的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法，分别采集并整理机电设备在安全、预警和危险的运行状态下n个评估阶段的运行信息，其特征是包括以下步骤：/n步骤A：根据运行信息对应的特征参数设计对应的评估模型M

【技术特征摘要】
1.一种基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法，分别采集并整理机电设备在安全、预警和危险的运行状态下n个评估阶段的运行信息，其特征是包括以下步骤：
步骤A：根据运行信息对应的特征参数设计对应的评估模型Mj，j＝1,2,3…m，m是评估模型个数；
步骤B：依次计算出评估模型Mj在安全、预警、危险的运行状态的概率密度函数F(r)、隶属度函数Qq(r)和未知运行状态的隶属度函数值Q4(rij)，再得到在安全、预警、危险的运行状态概率αij、βij、γij和未知运行状态下的概率r为某一评估模型Mj的任意输出值，q＝1,2,3，rij为第j个评估模型下第i个评估阶段的输出值；
步骤C：根据概率αij、βij、γij建立决策矩阵P；
步骤D：基于决策矩阵P，再依据初始的评估经验获得初始权重向量ω0，同时依据实时的评估信息获得实时权重向量ω1，从而获得综合权重向量ω；
步骤E：基于综合权重向量ω，确定第j个评估模型Mj在第i个评估阶段下的实时状态xi的阶段性的安全度矩阵pdj(xi,xk)，根据安全度矩阵pdj(xi,xk)计算出第i评估阶段下的实时状态xi相对于其他评估阶段下的实时状态xk的安全度pd(xi,xk)，根据安全度pd(xi,xk)计算出相对安全比根据相对安全比得到全局评估指标GI，根据全局评估指标GI评估出机电设备的运行状态。


2.根据权利要求1所述的基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法，其特征是：步骤B中，所述的概率密度函数所述的隶属度函数
Q4(rij)＝max{1-Q1(rij)-Q2(rij)-Q3(rij),0}，其中，






所述的
μ和σ分别为评估模型Mj的数学期望和标准差；o和e是一个有序的正整数数列{1,2,3,...,S}，q＝1,2,3，当q＝1时，Q1(r)表示评估模型Mj在安全运行状态的隶属度函数；q＝2时，Q2(r)表示评估模型Mj在预警运行状态的隶属度函数；q＝3时，Q3(r)表示评估模型Mj在危险运行状态的隶属度函数；ro是评估模型Mj输出值r在区间[μ-3σ,μ+3σ]被S等分后第o个等分点对应的数值，ro-1为第o-1个等分点对应的数值，形成区间[ro-1,ro]，re是评估模型Mj输出值r在区间[μ-3σ,μ+3σ]被S等分后第e个等分点对应的数值，re-1为第e-1个等分点对应的数值，形成区间[re-1,re]。


3.根据权利要求2所述的基于多模联动和多阶段协作的机电设备运行安全评估方法，其特征是：步骤C中，所述的决策矩阵

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【专利技术属性】
技术研发人员：薛红涛，张子鸣，秦霞，周嘉文，吴蒙，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32