一种改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法，选取电机绝缘材料作为样本进行多应力老化试验，得到n组退化数据和n组寿命数据；对n组退化数据构建n个Wiener过程退化模型，求解得到n组Wiener过程退化参数；对n组寿命数据利用极大似然估计法得到n组威布尔分布参数；将退化过程作为与时间相关的协变量，将温度、电压幅值、频率和脉冲宽度作为与时间无关的协变量，利用支持向量回归算法通过非线性映射将与时间无关的协变量映射到高维空间中，构造得到非线性函数，以得到改进的比例风险模型；根据改进的比例风险模型基于泰勒公式得到产品可靠度函数。本发明专利技术将产品的退化数据和寿命数据联合使用建立模型，可以有效提高可靠性评估精度。评估精度。评估精度。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及电机绝缘可靠性评估
，尤其涉及一种改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法及系统。

技术介绍

[0002]在“交通强国，铁路先行”的背景下，我国的高速铁路运营里程已突破4万公里，稳居世界第一。随着电力机车向高速、安全、重载方向发展，牵引变频电机的安全可靠运行对整个铁路运营系统以及国民经济都有着重大意义。据统计，约有三分之一的电机故障是由电机绝缘早期失效导致的。变频电机广泛采用脉冲宽度调制驱动，电机绝缘需要不断承受高频电压的冲击，在转子中由于高频电流所引起的集肤效应会增大转子电阻，使转子的导体铜耗增加，导致电机绕组发热增大，加剧电机绝缘的恶化。而变频电机因体积受到严格的限制，为增加电机功率和节约成本，需要尽可能减少绝缘厚度，这会对电机绝缘的寿命带来消极影响。因此，研究电机绝缘的可靠性评估对变频电机的设计、生产及运行维护都具有重要意义。
[0003]现阶段对电机绝缘寿命的研究广泛采用加速寿命试验，在高于正常工况应力下得到其寿命数据，再根据加速模型外推正常工况下的寿命。基于寿命数据，最常采用比例风险模型来描述应力对产品失效的影响。而对于长寿命、高可靠性产品而言，其性能退化过程也会严重影响产品的寿命数据。
[0004]目前，已有一些研究将退化过程与温度应力同时作为协变量，基于比例风险模型对产品进行可靠性评估。该方案中假设协变量之间满足线性关系，但是在实际情况中是不适用的。因此，针对多应力下产品可靠性评估问题，研究各应力对产品可靠性的影响系数具有很大的工程价值。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术提供一种改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法及系统，解决了未考虑退化数据对产品失效的影响，以及多应力协变量采用线性假设造成可靠性评估不准确的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法，所述方法包括步骤：S1、选取电机绝缘材料作为试验样本在n组试验条件下进行多应力老化试验，每组试验条件中设置不同的温度、电压幅值、频率和脉冲宽度，得到n组退化数据和n组寿命数据，其中，第k组试验条件所对应的试验样本数为n
k
，第k组退化数据对应为在第k组试验条件下基于各个测量时刻下所得到的n
k
组退化数据，第k组寿命数据对应为在第k组试验条件下所得到的n
k
个寿命数据，k取值1~n；S2、对n组退化数据构建对应的n个Wiener过程退化模型，并基于每一组退化数据构建对应的退化增量的似然函数，根据每一个似然函数求解得到n个Wiener过程退化模型
的n组Wiener过程退化参数；S3、假设每一组寿命数据服从两参数威布尔分布，对第k组试验条件下的n
k
个寿命数据利用极大似然估计法得到该试验条件下寿命数据服从的威布尔分布参数，进而得到n组威布尔分布参数；S4、将退化过程作为与时间相关的协变量，将温度、电压幅值、频率和脉冲宽度作为与时间无关的协变量，并利用支持向量回归算法通过非线性映射将与时间无关的协变量映射到高维空间中，构造得到非线性函数，基于该非线性函数和退化过程构建得到改进的比例风险模型；S5、基线风险函数采用威布尔模型的形式，以第一组威布尔分布参数值作为基线风险函数参数值，利用最小二乘法求解得到改进的比例风险模型的回归参数，并根据改进的比例风险模型，基于泰勒公式得到产品可靠度函数。
[0007]优选的，所述步骤S2包括：设x
ijk
表示第k组试验条件下第j个试验样本第i次测量得到的退化数据，t
ijk
为对应的测量时间，Δx
ijk
=x
ijk
‑ꢀ
x
(i
‑
1)jk
为退化增量，Δt
ijk
=t
ijk
‑ꢀ
t
(i
‑
1)jk
为时间增量，其中 ，i=1,2,
…
, n
jk
，j=1,2,
…
, n
k
，k=1,2,
…
, n，n
jk
为第k组试验条件下第j个试验样本的测量次数，n
k
为第k组试验条件下的试验样本个数，n为试验条件组数；利用Wiener过程对每一组退化数据建模，退化过程X(t)表示为： （1）；其中，x0是初始退化量，为漂移参数，为扩散参数，为标准Brownian运动，退化增量服从正态分布。
[0008]优选的，所述步骤S2包括：融合第k组试验条件下n
k
个试验样本的所有退化数据，则第k组试验条件下退化增量的似然函数L
k
为： （2）；利用极大似然法对似然函数L
k
求解，得到第k组退化数据的Wiener退化过程的漂移参数和扩散参数，以此类推得到 n个Wiener过程退化模型的n组Wiener过程退化参数。
[0009]优选的，所述步骤S3包括：根据在第k组试验条件下n
k
个试样样本的寿命数据，对应的概率密度函数f(Y
k
)为： （3）；其中，m为形状参数，η为尺度参数；根据概率密度函数f(Y
k
)，构建对应的似然函数为：
ꢀ
（4）；利用极大似然法对似然函数求解，得出第k组试验条件下试验样本的寿命数据服从威布尔分布的形状参数和尺度参数，以此类推得到n组威布尔分布参数。
[0010]优选的，所述步骤S4包括：通过非线性映射将与时间无关的协变量作为输入映射到一个高维的Hilbert空间H中，在H中构造一个函数f(x)为： （5）；其中，ω为H中的权值向量，ω
T
是ω的转置，b为偏置项，x
k
={T
k
,V
k
,f
k
,D
k
}，T
k
为第k组试验条件设置的温度，V
k
为第k组试验条件设置的电压幅值，f
k
为第k组试验条件设置的频率，D
k
为第k组试验条件设置的脉冲宽度。
[0011]优选的，所述步骤S4包括：选择不敏感损失函数为： （6）；根据结构风险最小化准则，支持向量回归算法的原始优化问题为： （7）；其中，为松弛因子，(*)表示同时包含无*号和有*号两种情况，ε为不敏感参数，ε>0，c为惩罚参数，c>0；引入Lagrange函数：（8）；其中，α
(*)
、η
(*)
为Lagrange乘子，满足α
k*
≥0，η
k*
≥0，分别对ω、b、求偏导，并令其偏导函数等于0，得：
（9）。
[0012]优选的，所述步骤S4包括：将公式（9）的解代入Lagrange函数中，并对Lagra本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、选取电机绝缘材料作为试验样本在n组试验条件下进行多应力老化试验，每组试验条件中设置不同的温度、电压幅值、频率和脉冲宽度，得到n组退化数据和n组寿命数据，其中，第k组试验条件所对应的试验样本数为n
k
，第k组退化数据对应为在第k组试验条件下基于各个测量时刻下所得到的n
k
组退化数据，第k组寿命数据对应为在第k组试验条件下所得到的n
k
个寿命数据，k取值1~n；S2、对n组退化数据构建对应的n个Wiener过程退化模型，并基于每一组退化数据构建对应的退化增量的似然函数，根据每一个似然函数求解得到n个Wiener过程退化模型的n组Wiener过程退化参数；S3、假设每一组寿命数据服从两参数威布尔分布，对第k组试验条件下的n
k
个寿命数据利用极大似然估计法得到该试验条件下寿命数据服从的威布尔分布参数，进而得到n组威布尔分布参数；S4、将退化过程作为与时间相关的协变量，将温度、电压幅值、频率和脉冲宽度作为与时间无关的协变量，并利用支持向量回归算法通过非线性映射将与时间无关的协变量映射到高维空间中，构造得到非线性函数，基于该非线性函数和退化过程构建得到改进的比例风险模型；S5、基线风险函数采用威布尔模型的形式，以第一组威布尔分布参数值作为基线风险函数参数值，利用最小二乘法求解得到改进的比例风险模型的回归参数，并根据改进的比例风险模型，基于泰勒公式得到产品可靠度函数。2.如权利要求1所述的改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括：设x
ijk
表示第k组试验条件下第j个试验样本第i次测量得到的退化数据，t
ijk
为对应的测量时间，Δx
ijk
=x
ijk
‑ꢀ
x
(i
‑
1)jk
为退化增量，Δt
ijk
=t
ijk
‑ꢀ
t
(i
‑
1)jk
为时间增量，其中 ，i=1,2,
…
, n
jk
，j=1,2,
…
, n
k
，k=1,2,
…
, n，n
jk
为第k组试验条件下第j个试验样本的测量次数，n
k
为第k组试验条件下的试验样本个数，n为试验条件组数；利用Wiener过程对每一组退化数据建模，退化过程X(t)表示为： （1）；其中，x0是初始退化量，为漂移参数，为扩散参数，为标准Brownian运动，退化增量服从正态分布。3.如权利要求2所述的改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括：融合第k组试验条件下n
k
个试验样本的所有退化数据，则第k组试验条件下退化增量的似然函数L
k
为： （2）；利用极大似然法对似然函数L
k
求解，得到第k组退化数据的Wiener退化过程的漂移参数
和扩散参数，以此类推得到 n个Wiener过程退化模型的n组Wiener过程退化参数。4.如权利要求3所述的改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S3包括：根据在第k组试验条件下n
k
个试样样本的寿命数据，对应的概率密度函数f(Y
k
)为： （3）；其中，m为形状参数，η为尺度参数；根据概率密度函数f(Y
k
)，构建对应的似然函数为： （4）；利用极大似然法对似然函数求解，得出第k组试验条件下试验样本的寿命数据服从威布尔分布的形状参数和尺度参数，以此类推得到n组威布尔分布参数。5.如权利要求4所述的改进的电机绝缘多应力可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S4包括：通过非线性映射将与时间无关的协变量作为输入映射到一个高维的Hilbert空间H中，在H中构造一个函数f(x)为： （5）；其中，ω为H中的权值向量，ω
T
是ω的转...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，王佳金，方攸同，黄晓艳，张钦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：