[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)型冪次趨近律滑模觀測器的感應(yīng)電機故障檢測方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202310504165.1
• 申請日: 2023-05-06
• 公開（公告）號: CN116365948A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于文新;宋磊;鐘廣林;蔣佳潤;胡鑫杰
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/00;H02P21/13;H02P29/024;H02P25/02;G01R31/34
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本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)型冪次趨近律滑模觀測器的感應(yīng)電機故障檢測方法，包括以下步驟：建立感應(yīng)電機狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型，利用sigmoid激勵函數(shù)設(shè)計的時變增益和滑動變量的分?jǐn)?shù)次項構(gòu)成改進(jìn)型冪次趨近律；通過滑?？刂品床椒ɡ碚撛O(shè)計控制律，構(gòu)建滑模觀測器；根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可達(dá)性確定滑模觀測器參數(shù)取值；設(shè)置四類典型故障，搭建感應(yīng)電機故障模型，利用觀測器觀測感應(yīng)電機定子電流和轉(zhuǎn)子電流，通過實際電流與觀測值不同時刻的殘差來辨識感應(yīng)電機是否發(fā)生故障；基于改進(jìn)型冪次趨近律滑模觀測器的感應(yīng)電機故障檢測方法，可以檢測感應(yīng)電機早期微小故障，同時本發(fā)明觀測器具有收斂速度快且能夠抑制高頻抖振的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于改進(jìn)型冪次趨近律滑模觀測器的感應(yīng)電機故障檢測方法，屬于電氣控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

感應(yīng)電機是一種廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中的電動機。由于其結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，因此在各種工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。由于運行工況十分復(fù)雜，感應(yīng)電機在使用過程中會出現(xiàn)各種類型的故障。為了保證電機正常運行，對電機早期故障進(jìn)行診斷和監(jiān)測顯得尤為重要，提高設(shè)備的可靠性和安全性，降低設(shè)備的維護(hù)成本和停機時間。

基于解析模型的診斷方法主要通過實際傳感器輸出值與模型輸出值之間的殘差來進(jìn)行故障診斷，具有診斷時間短和計算成本低等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于感應(yīng)電機傳感器微小故障診斷中；基于一種新型趨近律設(shè)計的觀測器，改善傳統(tǒng)趨近律滑模面趨近時間和系統(tǒng)抖振之間的矛盾，提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能；考慮到滑模觀測器在處理非線性系統(tǒng)問題時的優(yōu)越性，采用基于滑模觀測器故障診斷方法，基于李雅普諾夫理論證明穩(wěn)定性，設(shè)計殘差信號以及滑?？刂撇呗詮亩鴺?gòu)造滑模觀測器，實現(xiàn)感應(yīng)電機的故障診斷。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)傳統(tǒng)趨近律滑模面趨近時間和系統(tǒng)抖振之間的矛盾，本發(fā)明提供一種基于改進(jìn)型冪次趨近律滑模觀測器的感應(yīng)電機故障檢測方法。

一種基于改進(jìn)型冪次趨近律滑模觀測器的感應(yīng)電機故障檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，基于不確定性和未知外部干擾的感應(yīng)電機模型解析診斷系統(tǒng)，發(fā)明一種改進(jìn)型冪次趨近律的滑模控制方法。在旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系下以定子電流、轉(zhuǎn)子磁通和機械旋轉(zhuǎn)角速度為狀態(tài)變量構(gòu)建包括定子繞組故障、轉(zhuǎn)子繞組故障和定子電流傳感器故障情況下的感應(yīng)電機狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型；

步驟二，基于感應(yīng)電機狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型，結(jié)合改進(jìn)型冪次趨近律通過滑模控制反步法理論設(shè)計滑模控制器，構(gòu)建滑模觀測器；

步驟三，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可達(dá)性分析，確定基于改進(jìn)型冪次趨近律的滑模觀測器各參數(shù)的取值；

步驟四，搭建感應(yīng)電機故障模型，設(shè)置四類典型故障，通過滑模觀測器實現(xiàn)對感應(yīng)電機的定子電流和轉(zhuǎn)子電流在d、q軸分量的估計，通過觀測器觀測定子電流和轉(zhuǎn)子電流與實際定子電流和轉(zhuǎn)子電流之間的殘差信號值來進(jìn)行判斷，從而辨識電機是否出現(xiàn)故障。

本發(fā)明的優(yōu)點：

（1）本發(fā)明的感應(yīng)電機故障檢測方法基于一種基于改進(jìn)型冪次趨近律滑模觀測器，新型觀測器是由反步法設(shè)計的控制器結(jié)合感應(yīng)電機動態(tài)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建而成，改善了傳統(tǒng)趨近律滑模面趨近時間和系統(tǒng)抖振之間的矛盾，具有較快的響應(yīng)速度、較強的穩(wěn)定性以及較高的追蹤精度；

（2）在步驟二和步驟三提出的一種改進(jìn)型冪次趨近律，通過滑動變量 s的 sigmoid函數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，以改善傳統(tǒng)冪次趨近律的性能；該趨近律結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，抖振小，以進(jìn)一步改善了感應(yīng)電機滑模觀測器系統(tǒng)的性能。

附圖說明

圖1為基于改進(jìn)型冪次趨近律感應(yīng)電機故障檢測流程示意圖。

圖2為改進(jìn)型冪次趨近律滑模觀測器的原理示意圖。