[发明专利]一种针对电机传动系统中逆变器故障诊断方法

权利要求书

1.一种针对电机传动系统中逆变器故障诊断方法，其特征在于，包括两个步骤：

步骤1、利用变模长均一化过程消除电机负载变化的暂态影响，并采用快速傅里叶分解对均一化后的电流数据集特征进行提取；

步骤2、对已经消除暂态影响的数据特征使用广义主元分析算法进行计算，通过预设阈值，使用GPCA算法的预测误差值和贡献率指标综合判断电机所处状态；

所述步骤1包括：

步骤1.1：分别采集A、B、C三相电流数据，并设置平均误差阈值，来判断此时电流是否为正弦波；

步骤1.2：计算k时刻采集到的N个采样点的三相电流的平均值；

步骤1.3：将计算出的三相电流平均值与误差阈值进行对比；

步骤1.4：若三相电流平均值小于误差阈值，认为电流波形为标准正弦波，并对三相电流进行Clark变换；

记是每个数据集中各个数据，i_k^α表示坐标变化后α轴对应的k时刻的电流值，示坐标变化后β轴对应的k时刻的电流值，为处理后每个数据集中各个数据；

记

步骤1.5：若三相电流平均值大于误差阈值，电流波形不再看作正弦波；

步骤1.6：使用FFT处理均一化后的电流数据集，提取电流波形在不同频率上的分量；

所述步骤1.4分为：

步骤1.4.1：利用所得的i_k^α，定出电流的瞬时幅值，再利用式(1)即能够完成在正常运行，加载减载状态下的均一化过程：

步骤1.4.2：将步骤1.4.1得到的处理后的每个数据集中各个数据重构为新的数据集；

记三相电流的幅值最大值为i_max^x，A相最大值为i_max^a，B相最大值为i_max^b，C相最大值为i_max^c；

步骤1.5包括：

步骤1.5.1：分别取三相电流的幅值最大值i_max^x，并对每个数据集中的数据进行处理得到新的处理后的数据

步骤1.5.2：将变换后的重新组成处理后的新数据集

步骤1.4.2和步骤1.5.2形成的新数据集即均一化处理过后的数据；

所述步骤2包括：

步骤2.1、建立广义主元分析法模型；

步骤2.2、根据步骤2.1得到的故障值F_indicator计算出不同开关管故障数值,依据如下数值定位故障发生的开关管位置；

当故障相为A相时，记A相上桥臂开关管S₁发生故障时，故障值F_indicator为21；记A相下桥臂开关管S₂发生故障时，故障值F_indicator为11；

当故障相为B相时，记B相上桥臂开关管S₃发生故障时，故障值F_indicator为22；记B相下桥臂开关管S₄发生故障时，故障值F_indicator为12；

当故障相为C相时，记C相上桥臂开关管S₅发生故障时，故障值F_indicator为23；记C相下桥臂开关管S₆发生故障时，故障值F_indicator为13；

记F为开关管故障数值，Round(·)为上取整函数，分别为故障相的直流分量和基波分量；

所述步骤2.1包括：

步骤2.1.1、对第一阶段的处理数据加入一个泛化层矩阵；将引入泛化层后再进行主元分析的方法称为广义主元分析；将泛化层加在电流信号上，均一化处理后再进行快速傅里叶分解提取特征，最后对其进行主元分析法处理，进而建立GPCA模型；

步骤2.1.2、加减载状态识别；

步骤2.1.3、故障状态诊断及故障定位；

建立GPCA模型包括：记加入泛化层后的矩阵为M^，矩阵M^的特征值组成的对角矩阵为V；记V降维后的对角矩阵为V’,其前l项保持不变，作为主元元素，剩余的特征值全部由0代替；矩阵V’与矩阵D乘积记作P*；

M^＝TVD＝TP*

记负载矩阵为P∈R^m×l，有l个特征向量组成；得分矩阵为T∈R^n×l，得分矩阵T的各列称为主元变量，l代表主元的个数，得分矩阵的各列互相正交；E为残差空间；分解M^：

建立统计量平方预测误差和统计量T²用于故障检测；

SPE＝||(I-PP^T)M^||²

T²＝(M^)^TP(∧^-1)P^TM^

记SPE的控制限为δ²，T²的控制限T_α²；

所述加减载状态识别包括：

记预测误差值SPE和T²的加载阈值分别为δ_upload²，T_upload²；

在GPCA预测误差值中设置一条加载阈值δ_upload²，T_upload²，以此来辨别电机的加载与减载状状态；加载阈值的值是加载到1.25倍额定电流的瞬态过程最大值之和，其大小小于可检测最小加载电流的SPE和T²的最小值；

所述故障状态诊断包括：设置一条分别对应预测误差值SPE和T²的故障阈值δ_fault²和T_fault²，其大小等于故障发生暂态过程中的SPE和T²值；

若预测误差值SPE和T²均超出其对应的故障阈值δ_fault²和T_fault²，则认为此时存在开路故障；所述故障定位包括：

计算贡献率绘制贡献图，采用贡献图对比法进行故障相定位；当某相电流的基波分量超过贡献图中故障阈值时，则认为控制该相电流的开关管发生开路故障；

记F_indicator为故障值；记A,B,C三相分别发生故障时对应的故障值为1，2，3，未产生故障时故障值为0。