[发明专利]基于电参量信息融合的液压系统运行状态在线监测方法

权利要求书

1.基于电参量信息融合的液压系统运行状态在线监测方法，其特征在于，该方法采用非侵入式测量方式，将驱动电机定子的电压、电流信号用李萨如图产生单相及三相信息融合方法；充分利用电气参量提供的幅值、相位信息、相间和相序信息绘制平面和立体李萨如图，计算电参量与椭圆各特征量关系，通过观测椭圆图形面积、形状、旋转方向以及比例的变化实现对电机拖动系统中电机、液压、机械等传动装置的运行状态、运行工况、负载功率以及功率匹配情况进行实时监测，并能对拖动系统中的电机、机械和液压故障进行分类判别。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）用霍尔传感器同时获取电动机定子三相电压u、电流i动态模拟电信号，经过调理电路处理后送入A/D采样器获得三相数字电信号                                                ，以电压为横坐标、电流为纵坐标实时绘制单相和三相李萨如图形；

2）单相电参量李萨如图融合方法：

设相电压、电流信号分别为

（1）

将（1）式的电压信号相位加，即

（2）

令，，其中为相电流和相电压的相位差，cos为功率因数；

将（2）式中的消去，得到以下方程：

（3）

（4）

（4）式在笛卡尔坐标平面内轨迹为一中心位于原点的椭圆，称为电压、电流的李萨如方程式，由此方程绘制的平面图称为单相电参量李萨如图；

3）三相电参量李萨如图融合方法

将三相电a、b、c相的单相李萨如图等间距地表示在同一坐标系中，依次将三相李萨如图中相对应的点相连，同时以三相椭圆的最大的外接矩形为基准，绘出三相椭圆的外接矩形，三相椭圆、外接矩形及其连线的变化可监测三相电机及其传动系统的运行状态；

同时，应用对称分量法，将三相电压、电流分解为正序、负序、零序分量，电机中性点非接地时，零序电流为零，正常情况下，电机三相电源及电机结构基本对称，负序分量很小，因此由负序电压及负序电流组成的李萨如图几乎为一个点；

其次，进一步将电机定子绕组三相电流分解到两相静止坐标系下，三相电流对称时，所对应的两相电流幅值相等，相位相差90度，因此其李萨如图为一标准的圆；

用上述的三相电参量的融合方法综合监测并分析，得到准确和可靠的液压系统状态检测和故障诊断信息。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的李萨如图进行单相及三相电参量信息融合方法有以下三种方式：

1）将三相电a、b、c相李萨如图置于同一坐标系下，并将相对应的点连接，同时以三相椭圆的最大的外接矩形为基准，绘出三相椭圆的外接矩形；

2）将三相电压、电流进行对称分量法转换，用单相的融合方法将负序电压、电流进行融合；

3）将三相电流转换到两相静止坐标系下，并用李萨如方法进行融合；

三种融合方法融合后的图形中包含了电机拖动系统中电机、液压、机械等传动装置的运行状态、运行工况、负载功率以及功率匹配状况全面、有效的信息。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的电参量与椭圆各特征量关系以及电机拖动系统运行状态与椭圆特征量关系如下：

1）椭圆轨迹旋向：椭圆轨迹旋向为顺时针时，电压滞后于电流；椭圆轨迹旋向逆时针时，电压超前于电流；对于变工况负荷，当椭圆轨迹旋向为顺时针时，异步电机为发电工况；当椭圆轨迹旋向为逆时针时，异步电机为电动工况；因此可根据椭圆轨迹旋向判断负荷性质；

2）椭圆面积：通过分析可得到椭圆面积，其中为单相平均有功功率，为三相有功功率，可见椭圆面积随电机有功功率成正比关系变化；

3）椭圆倾角：通过分析可得到椭圆倾角，在无电气故障时，负荷变化对的影响十分显著；

4）椭圆外接矩形：外接矩形的边长的一半分别代表了x轴和y轴的最大值，y轴的最大值为电流幅值，x轴的最大值为电压幅值；通过椭圆外接矩形的参量变化可以直观反映电压、电流信号幅值的变化规律；通过分析亦可得到，其中S为电机视在功率，即容量，为椭圆外接矩形的面积；可见外接矩形的面积为输入视在功率的2倍，即外接矩形的面积变化可以直接反映电机视在功率的变化规律。