[发明专利]一种基于多级模型的复杂系统故障诊断方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于多级模型的复杂系统故障诊断方法和系统，方法应用于永磁同步电机系统的故障诊断，包括：建立永磁同步电机系统的整数阶数学模型，建立永磁同步电机系统的0.1级分数阶数学模型，建立永磁同步电机系统的0.01级分数阶数学模型；将整数阶数学模型设计成整数阶状态观测器，将0.1级分数阶数学模型设计成0.1级分数阶状态观测器，将0.01级分数阶数学模型设计成0.01级分数阶状态观测器；分别通过观测器来对对应的阈值进行对比，得到对应的残差值，根据残差值来判断是否存在故障。系统包括：第一模块、第二模块和第三模块。本发明通过设立不同精度程度的观测器，通过观测器来对永磁同步电机系统进行故障诊断。本发明主要用于电机诊断中。

技术领域

本发明涉及系统故障诊断技术领域，特别涉及一种基于多级模型的复杂系统故障诊断方法和系统。

背景技术

故障诊断技术是由建立监控系统的需要而发展起来的。其发展至今经历了三个阶段，第一是依靠专家的个人经验及简单仪表进行的故障诊断工作；第二是以传感器技术、动态测试技术为手段，以信号分析和建模处理为基础的现代诊断技术；近年来，随着计算机技术、智能信息处理技术的发展，故障诊断技术进入了新的发展阶段—数据处理阶段。其中基于模型的故障诊断方法可以分为以下三类：1)基于观测器的方法；2)等价空间方法；3)基于参数辨识的方法。

基于观测器的故障诊断方法以现代控制理论和现代优化方法为指导，以动态系统的数学模型为基础，根据故障发生时，系统状态量的变化，设计相应的观测器，并利用观测器与实际系统产生残差，然后基于某种准则对残差进行分析与评价，从而实现系统的故障诊断。

现有基于模型的故障诊断方法对于含有分数阶特性的系统进行故障诊断时，因未考虑具有分数阶特性的复杂系统所包含的分数阶特性，因此对于包含分数阶现象的故障(如匝间短路、不对称故障)，故障诊断效果不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多级模型的复杂系统故障诊断方法和系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一方面，提供一种基于多级模型的复杂系统故障诊断方法，应用于永磁同步电机系统的故障诊断，包括：

步骤1、建立永磁同步电机系统的整数阶数学模型，建立永磁同步电机系统的0.1级分数阶数学模型，建立永磁同步电机系统的0.01级分数阶数学模型；

步骤2、将整数阶数学模型设计成整数阶状态观测器，将0.1级分数阶数学模型设计成0.1级分数阶状态观测器，将0.01级分数阶数学模型设计成0.01级分数阶状态观测器；

步骤3、采集永磁同步电机的电压和转速；

步骤4、将永磁同步电机的电压作为观测器输入量，将转速作为第一对比量；

步骤5、将观测器输入量输入整数阶状态观测器得到第一转速观测量，将第一转速观测量和第一对比量进行做差处理，得到第一残差值；

步骤6、当第一残差值大于等于第一阈值，则认为永磁同步电机系统存在故障，否则进入步骤7；

步骤7、将观测器输入量输入0.1级分数阶状态观测器得到第二转速观测量，将第二转速观测量和第二对比量进行做差处理，得到第二残差值；

步骤8、当第二残差值大于等于第二阈值，则认为永磁同步电机系统存在故障，否则进入步骤9；

步骤9、将观测器输入量输入0.01级分数阶状态观测器得到第三转速观测量，将第三转速观测量和第一对比量进行做差处理，得到第三残差值；

步骤10、当第三残差值大于等于第三阈值，则认为永磁同步电机系统存在故障，否则认为永磁同步电机系统不存在故障。

进一步，所述永磁同步电机系统的整数阶数学模型为：