基于电参量信息融合的液压系统运行状态在线监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三相电参量信息融合的电机驱动液压系统运行状态在线监测方法，该方法采用非侵入式测量，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之间关系，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在线监测。而且可直接对液压系统中的电机、机械和液压故障进行分类判别，为精确诊断和节能控制提供可靠依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液压系统状态监测与故障诊断领域，涉及一种基于三相电参量信息融 合的液压系统运行状态在线监测方法，可适用于动力源是电机驱动的所有液压设备的状态 监测及故障诊断中。
技术介绍
液压系统以其快速响应、大功率、高性能及易于远程操作与控制等特点，被作为一 种主要传动装置广泛应用于各种机械设备中。随着自动化程度的不断提高，液压设备的结 构和信息传递过程越来越复杂，已经成为机电液一体化的综合体、自动化信息集成体，液 压设备的节能控制以及故障早期预防、预报和诊断成为亟待解决的技术难题。液压设备在运行过程中，其机、电、液(流体)参数是动态变化的，且相互耦合，这些 参数能从不同的角度(信息空间)不同程度地反应设备的设计制造水平和运行状态。若要 全面了解设备的设计制造水平和运行状态，必须结合工况全面分析机电液参数的变化过程 如电流、电压、振动、力、扭矩、转速、压力、流量等，对这些动态参数的观测大都采用嵌入式 测量方法。由于这些参数测量成本高、不易获取、特征信息有限且易被干扰，又大多属于非 平稳信号，给工程应用带来很多困难，且有一定局限性。申请人通过长期的理论分析和大量试验发现在电机拖动的液压设备中，由于定 转子系统的耦合作用，有关液压设备状况、负荷变化以及设计缺陷等特征信息会通过机械 和流体参数耦合到电机的三相电参数中，但电机的三相交流电参数都是复数，不仅有幅值 而且还有方向的变化。现有的利用电机电参数进行设备状态监测的方法(包括我们以前的 研究成果)没有找到一种实用的方法将电机三相电参数的幅值和相位信息进行融合，不能 直观、全面、可靠、在线了解液压设备的运行状态。
技术实现思路
针对现有技术存在的以上问题，本专利技术的目的在于，提供一种基于电参量信息融 合的液压系统运行状态在线监测方法，对液压设备进行在线状态监测、故障诊断及负荷性 质和工况分析，并为研究液压系统的节能设计和优化工况提供科学依据。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案一种，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。具体步骤如下41)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辨:ij = a:b:q n = 0:i2..J)i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、电流信号分别为权利要求1.，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，P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；12 AB sh Φ3)椭圆倾角通过分析可得到椭圆倾角e=—τ.~，在无电气故障Jt — β时，负荷变化对曰的影响十分显著；4)椭圆外接矩形外接矩形的边长的一半分别代表了χ轴和y轴的最大值，y轴的最大 值为电流幅值，χ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S = ^liE ,其中S为电机视在功率，2即容量，^mm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。全文摘要本专利技术公开了一种基于三相电参量信息融合的电机驱动液压系统运行状态在线监测方法，该方法采用非侵入式测量，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之间关系，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在线监测。而且可直接对液压系统中的电机、机械和液压故障进行分类判别，为精确诊断和节能控制提供可靠依据。文档编号F15B19/00GK102032242SQ201010586150公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日专利技术者刘沛津, 王楠, 谷立臣, 雷鹏 申请人:西安建筑科技大学 本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谷立臣，刘沛津，雷鹏，王楠，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]