基於時頻分析的電動機變頻調速動態運行模式識別方法
2023-05-28 13:23:31
專利名稱：基於時頻分析的電動機變頻調速動態運行模式識別方法
技術領域：
本發明屬於電動機故障檢測及診斷技術領域，具體是指一種基於時頻分析的電動機變頻調速動態運行模式識別方法，該方法適用於變頻調速異步電動機故障診斷中信號的前期處理。
背景技術：
在傳動領域，鼠籠式異步電動機由於其結構簡單、價格低廉、使用壽命長而佔有舉足輕重的地位，應用極為廣泛。隨著生產對控制系統可靠性要求的日益提高，很多場合採用的直流電動機也逐步被變頻調速交流異步電動機取代。尤其是數位化調速系統的大量引入，經常處於調速狀態，變頻調速異步電動機系統既可運行在恆頻恆速狀態，也可以運行在恆加速、恆減速和其他狀態下，由於運行模式的多樣性，在檢測和故障診斷過程中，需要針對不同的運行模式採用不同的方法來提取故障特徵。所以在對變頻調速異步電動機系統進行檢測和故障診斷時需要事先對系統所處的運行模式進行識別。變頻調速異步電動機運行過程中所採集的電壓和電流普遍是多分量信號，這種信號是時變且非平穩的，傳統的傅立葉變換難以奏效。為了對變頻調速異步電動機的運行方式進行識別，需要獲取信號瞬時頻率隨時間的變化曲線，並分離和識別電源主成分頻率隨時間變化的多項式表達形式。雖然廣義解調(廣義i^ourier變換)可以將時頻分布呈曲線變化的多分量非平穩信號轉化為時頻分布平行於時間軸的平穩信號，因此非平穩信號經廣義解調後滿足傅立葉分析對平穩性的要求，但是如何獲取多分量信號的廣義解調相位函數是廣義解調方法的關鍵和難點。現有技術中獲取多分量信號的廣義解調相位函數的方法普遍不是很準確。本發明的申請人在以前的工作中提出採取HHT方法(英文名為Hilbert-Huang Transform,簡稱HHT，中文名為，希爾伯特-黃變換)，參見「基於HHT方法的異步電動機運行模式識別」(電氣自動化設備，vo. 30，no. 9，pp55-57)來進行異步電動機運行模式識別， 只考慮了單分量和恆加速情況；提出的「基於希爾伯特-黃變換和廣義傅立葉變換變頻調速異步電動機故障診斷」(同濟大學學報，vol.37，2011ppl832-1835)，也只考慮了恆加速情況，並加入了理想狀態下的轉子斷條故障，來檢測和識別變頻調速電動機系統動態運行模式識別。這些成果是在理想環境下進行的，沒有考慮實際的系統諧波豐富，電源主成分設定在線調頻狀態，不能在多分量時頻變化信號中分離出各分量，也就難以準確識別電動機的運行模式。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種基於時頻分析的能在電動機動態變頻調速狀態下對電動機的運行模式進行準確識別的方法。為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為一種基於時頻分析的電動機變頻調速動態運行模式識別方法，它包括以下步驟
(1)採集電動機變頻調速運行時的電流信號x(t)，並對其進行希爾伯特變換，得到第一解析信號如下y(t) =x(t)+jH[x(t)]，其中H代表希爾伯特算子，j表示複數的虛部；(2)對第一解析信號y (t)進行第一次MODWPT分解(即最大重疊離散小波包變換， 英文全稱為:Maximal Overlap Discrete Wavelet Packet Transform)，得到第一解析信號 y(t)在時間與頻率坐標軸上的時頻分布曲線；(3)根據步驟(2)中得出的第一解析信號y(t)的時頻分布曲線，在時間坐標軸上對所述時頻分布曲線在每個時間點上對應的全部頻率值求平均，然後將求出的各個平均值對應的點擬合成曲線，獲取第一次廣義解調所需要的第一相位函數S1 (t)；(4)利用步驟(3)獲取的第一相位函數S1 (t)函數對步驟O)中得出的第一解析信號y(t)進行廣義解調，得到第二解析信號yi(t)的表達式如下其中 αi(t)表示信號的振
權利要求
1. 一種基於時頻分析的電動機變頻調速動態運行模式識別方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)採集電動機變頻調速運行時的電流信號x(t)，並對其進行希爾伯特變換，得到第一解析信號如下y(t) = x(t)+jH[x(t)]，其中H代表希爾伯特算子，j表示複數的虛部；(2)對第一解析信號y(t)進行第一次MODWPT分解，得到第一解析信號y(t)在時間與頻率坐標軸上的時頻分布曲線；(3)根據步驟O)中得出的第一解析信號y(t)的時頻分布曲線，在時間坐標軸上對所述時頻分布曲線在每個時間點上對應的全部頻率值求平均，然後將求出的各個平均值對應的點擬合成曲線，獲取第一次廣義解調所需要的第一相位函數S1 (t)；(4)利用步驟C3)獲取的第一相位函數S1(t)函數對步驟O)中得出的第一解析信號 y(t)進行廣義解調，得到第二解析信號yi(t)的表達式如下
全文摘要
本發明涉及一種基於時頻分析的電動機變頻調速動態運行模式識別方法，其特徵在於通過綜合運用廣義解調方法、MODWPT分解方法和廣義逆解調方法，將原始電流信號通過廣義解調變成頻帶不重疊的各分量，由MODWPT分解方法可實現各分量的分離。最後分離出電流主成分對應的廣義解調相位函數，然後根據該函數的導數對應的曲線和解析表達形式對電動機的運行狀態進行識別。該方法能在多分量時頻變化信號中分離出各分量，並將電動機運行的實際情況完全考慮在信號分析範圍內，頻率解析表達形式可以通過曲線擬合由程序自動完成。綜上所述本發明提供了一種基於時頻分析的能在變頻調速電動機動態狀態下對電動機的運行模式進行準確識別的方法。
文檔編號G01R31/34GK102565704SQ20121000266
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者劉振興, 廖雪超, 張曉菲, 張雄希, 柴利, 蔡彬, 趙敏 申請人:武漢科技大學