基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法技术

本发明专利技术提供了基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法，在获取无刷直流电机的电流信号后，通过无刷直流电机在两两导通时发生故障后电流的变化，结合三相电流之间的相关系数，分析每两相电流之间的相关性，以此来确定故障相；在确定故障相之后，通过每相电流的绝对平均值确定电流的极性，并与三相电流之间的相关系数组合形成新的复合诊断变量对故障位置进行定位，实现了低成本地迅速诊断无刷直流电机逆变器故障的功能。本发明专利技术不需要增加额外的硬件电路；误诊率低、鲁棒性高、诊断时间迅速；在无刷直流电机变速和突变负载等瞬态响应下具有很强的抗干扰能力，有较强的鲁棒性，提高了故障诊断的时间与准确率，具有很强的工程实用性。的工程实用性。的工程实用性。

【技术实现步骤摘要】
基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法


[0001]本专利技术属于无刷直流电机故障诊断
，具体涉及基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，无刷直流电机已经广泛应用于工业、农业、国防、航天、军事、医疗器械和家电等方面的驱动系统中。电机的驱动是整个系统相互联系的重要部分，而逆变器故障占整个驱动系统故障的37.9％，是驱动系统中最易发生故障的薄弱环节。逆变器故障大多数来自功率开关管发生故障，而且常发生开路故障。当无刷直流电机发生开路故障时，不会使整个驱动系统立即停止工作，但会对整个系统的性能有很大的影响。当无刷直流电机长时间工作在开路故障下时，可能会导致二次故障，甚至会造成整个系统崩溃。
[0003]目前，无刷直流电机对于逆变器故障诊断方法有很多种，主要分别为三类：基于电压诊断的方法、基于电流诊断的方法、基于机器算法的方法。对于基于电压诊断的方法，无刷直流电机的驱动系统中，没有直接获取电压的元器件。一般来说，需要增加额外的硬件成本。对于大多数基于电流诊断的方法，在无刷直流电机的实际驱动系统中容易受到负载扰动和速度变化等瞬态变化的影响，不同故障条件下的边界变得不明显，容易出现误诊的情况。由于机器算法的不断发展，现在很多故障诊断方法对于机器算法都有所涉及。此类算法需要提取大量的故障特征数据进行分类和训练，由于需要处理的故障特征数据比较庞大，会导致诊断的时间过长。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：提供基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法，用于实现低成本地迅速诊断无刷直流电机逆变器故障的功能。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法，包括以下步骤：
[0006]S1：获取无刷直流电机在两两导通方式下每个时刻的三相电流；
[0007]S2：根据滑动窗口中三相电流的数据确定每两相电流之间的相关系数；
[0008]S3：根据相关系数的特性选取第一阈值，比较每两相电流之间的相关系数数据与第一阈值确定每两相电流之间的相关性，输出故障诊断特征量诊断参考的两相之外的另一相是否发生开路故障：若参考的两相之外的另一相未发生故障，则判断无刷直流电机正常运行；若参考的两相之外的另一相发生故障，则根据滑动窗口中三相电流的数据确定每相电流的绝对平均值数据；根据绝对平均值的特性选取第二阈值，比较每相电流的绝对平均值数据与第二阈值，输出故障定位特征量确定每相电流的极性；
[0009]S4：组合故障诊断特征量与故障定位特征量形成复合诊断特征量；
[0010]S5：通过复合诊断特征量定位功率开关管的故障位置。
[0011]按上述方案，所述的步骤S1中，具体步骤为：
[0012]S11：获取无刷直流电机在运行过程两两导通方式下每个时刻的三相电流数据；
[0013]S12：对三相电流数据进行离散化处理，通过滑动窗口实时截取当前的三相电流数据的一部分；设[L]为L的取整函数，表示一个采样周期内电流采样次数；n为无刷直流电机的转速；p为极对数；T
s
为控制系统的采样周期；则将滑动窗口的长度[L]表示为：
[0014][0015]按上述方案，所述的步骤S2中，具体步骤为：
[0016]S21：根据三相电流数据确定三相电流的期望值；
[0017]S22：根据三相电流的期望值确定每两相电流之间的协方差和参考的两相电流的标准差；
[0018]S23：根据每两相电流之间的协方差和参考的两相电流的标准差确定每两相电流之间的相关系数；设x，y＝A，B，C，i
x
、i
y
为三相电流i
A
、i
B
、i
C
中的任意两相，k为当前状态量，k＝1,2,
…
,L；则经过离散化处理后一个滑动窗口中的每两相电流之间的相关系数|ρ
xy
|表示为：
[0019][0020]按上述方案，所述的步骤S3中，诊断参考的两相之外的另一相是否发生开路故障的具体步骤为：
[0021]比较每两相电流之间的相关系数|ρ
xy
|与第一阈值k1：若|ρ
xy
|小于k1时，则判断无刷直流电机正常运行，故障诊断特征量为0；若|ρ
xy
|大于k1时，则判断参考的两相之外的另一相发生开路故障，故障诊断特征量为1；设z表示参考的两相之外的另一相，则故障诊断特征量D
z
(k)表示为：
[0022][0023]按上述方案，所述的步骤S3中，确定每相电流的绝对平均值数据的具体步骤为：
[0024]根据每相电流数据i
z
确定每相电流的平均值；根据每相电流的平均值确定每相电流的平均值的绝对值；根据每相电流的平均值和平均值的绝对值确定每相电流的绝对平均值E
z
(k)为：
[0025][0026]进一步的，所述的步骤S3中，确定每相电流的极性的具体步骤为：
[0027]比较每相电流的绝对平均值E
z
(k)与第二阈值k2：若E
z
(k)小于或等于负的k2时，则判断该相电流极性为正，故障定位特征量为1；若|E
z
(k)|小于k2时，则判断该相的功率开关
管正常运行，故障定位特征量为0；若E
z
(k)大于或等于k2时，则判断该相电流极性为负，故障定位特征量为
‑
1；则故障定位特征量R
z
(k)表示为：
[0028][0029]进一步的，所述的步骤S4中，具体步骤为：复合诊断特征量F
z
(k)表示为：
[0030]F
z
(k)＝D
z
(k)
·
R
z
(k)。
[0031]进一步的，所述的步骤S5中，具体步骤为：
[0032]若复合诊断特征量F
z
(k)等于1，则判断故障相上管发生开路故障；
[0033]若复合诊断特征量F
z
(k)等于
‑
1，则判断故障相下管发生开路故障；
[0034]若复合诊断特征量F
z
(k)等于0，则判断故障相双管发生开路故障。
[0035]一种计算机存储介质，其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法。
[0036]本专利技术的有益效果为：
[0037]1.本专利技术的基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法，在获取无刷直流电机的电流信号后，通过无刷直流电机在两两导通时发生故障后电流的变化，结合三相电流之间的相关系数，分析每两相电流之间的相关性，以此来确定故障相；在确定故障相之后，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：获取无刷直流电机在两两导通方式下每个时刻的三相电流；S2：根据滑动窗口中三相电流的数据确定每两相电流之间的相关系数；S3：根据相关系数的特性选取第一阈值，比较每两相电流之间的相关系数数据与第一阈值确定每两相电流之间的相关性，输出故障诊断特征量诊断参考的两相之外的另一相是否发生开路故障：若参考的两相之外的另一相未发生故障，则判断无刷直流电机正常运行；若参考的两相之外的另一相发生故障，则根据滑动窗口中三相电流的数据确定每相电流的绝对平均值数据；根据绝对平均值的特性选取第二阈值，比较每相电流的绝对平均值数据与第二阈值，输出故障定位特征量确定每相电流的极性；S4：组合故障诊断特征量与故障定位特征量形成复合诊断特征量；S5：通过复合诊断特征量定位功率开关管的故障位置。2.根据权利要求1所述的基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：S11：获取无刷直流电机在运行过程两两导通方式下每个时刻的三相电流数据；S12：对三相电流数据进行离散化处理，通过滑动窗口实时截取当前的三相电流数据的一部分；设[L]为L的取整函数，表示一个采样周期内电流采样次数；n为无刷直流电机的转速；p为极对数；T
s
为控制系统的采样周期；则将滑动窗口的长度[L]表示为：3.根据权利要求1所述的基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：S21：根据三相电流数据确定三相电流的期望值；S22：根据三相电流的期望值确定每两相电流之间的协方差和参考的两相电流的标准差；S23：根据每两相电流之间的协方差和参考的两相电流的标准差确定每两相电流之间的相关系数；设x，y＝A，B，C，i
x
、i
y
为三相电流i
A
、i
B
、i
C
中的任意两相，k为当前状态量，k＝1,2,
…
,L；则经过离散化处理后一个滑动窗口中的每两相电流之间的相关系数|ρ
xy
|表示为：4.根据权利要求1所述的基于电流特征分析的无刷直流电机逆变器故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤S3中，诊断参考的两相之外的另一相是否发生开路故障的具体步骤为：比较每两相电流之间的相关系数|ρ
xy
|与第一阈值k1：若|ρ
xy
|小于k1时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李自成，李鸿瑞，王后能，熊涛，廖小兵，刘健，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：