用于監(jiān)視具有周期性行為的電性連接系統(tǒng)的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明的實施例涉及用于監(jiān)視具有周期性行為的電性連接系統(tǒng)及用于識別此電 性連接系統(tǒng)中的缺陷的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在說明書及所附權(quán)利要求書中，表達式"電性連接"打算意指具有以下特征的任何 電或機械裝置或系統(tǒng)：a)為電動的；b)提供/產(chǎn)生電力；或c)具有為電動及提供電力的組 合的特性。示范性電動裝置/系統(tǒng)尤其包含電動機及照明裝置。示范性發(fā)電裝置尤其包含 發(fā)電機及渦輪機系統(tǒng)。示范性組合電動及發(fā)電系統(tǒng)尤其包含混合動力車輛，如所屬領域中 已知的。在說明書及所附權(quán)利要求書中，術(shù)語"電動機"及"機械"打算意指電動裝置/系 統(tǒng)，如上文所指出。
[0003] 已開發(fā)各種診斷系統(tǒng)以用于預警電性連接旋轉(zhuǎn)機械/設備中的故障檢測。許多這 些診斷系統(tǒng)包含：加速度計，其用以收集由旋轉(zhuǎn)機器發(fā)出的機械振動/波；及控制單元，其 用以在頻域中對所收集的波進行數(shù)值分析。診斷系統(tǒng)通常包括傳感器或多個傳感器及控制 單元，如所屬領域中已知的。傳感器通常定位于待診斷的旋轉(zhuǎn)部分附近，或在旋轉(zhuǎn)部分自身 上，且傳感器通常經(jīng)由電纜/電線電性連接到控制單元。結(jié)果，此些監(jiān)視/診斷系統(tǒng)需要在 機械"封套"內(nèi)的大空間，其表示用于機械/設備的額外空間負擔。
[0004] 在PCT專利申請案WO 04/017038及WO 00/04359中描述了診斷系統(tǒng)的實例，其揭 示內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
[0005] 近來，已開發(fā)了故障檢測及診斷（FDD)方法，其比較復雜系統(tǒng)的輸出信號與從相 同無故障系統(tǒng)的數(shù)學模型獲得的輸出信號。在一或多個"殘差"（即，表示兩者之間的差的 一或多個值）方面量化數(shù)學模型的信號與復雜系統(tǒng)的那些信號之間的比較。執(zhí)行殘差的分 析以確定系統(tǒng)故障的類型。分析包含用于比較所述殘差與具有已知故障的系統(tǒng)的殘差的數(shù) 據(jù)庫的統(tǒng)計方法。
[0006] 直到最近仍難以獲得用于多變量系統(tǒng)的準確、實時的模型，所述多變量系統(tǒng)意味 著具有一個以上輸入及/或一個輸出的系統(tǒng)。如果系統(tǒng)的模型不準確，那么殘差將反映建 模錯誤，所述建模錯誤極難以與實際故障的效果分開。
[0007] 杜亞爾?艾哈邁德（Duyar Ahmet)等人在美國專利6, 014, 598 (其揭示內(nèi)容以引 用的方式并入本文中）中描述了用于監(jiān)視及預測電動機的維護要求的基于模型的故障檢 測系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)包含耦合到傳感器的計算機構(gòu)件，所述傳感器提供輸入電壓及電 流以及電動機速度的連續(xù)實時信息。所述系統(tǒng)及方法利用多變量實驗建模算法以獲得電動 機的數(shù)學描述。算法比較建模結(jié)果與測量結(jié)果，且在通過減去相應信號而產(chǎn)生的殘差方面 量化所述比較。診斷觀測者分析所述殘差，且確定電動機無故障還是以不同于無故障的方 式操作。在檢測到即將發(fā)生的故障后，診斷觀測者即刻評估電動機的測量變量，確定與參考 值的偏差，且進行對可能發(fā)生故障或正發(fā)生故障的組件的診斷。
[0008] 帕洛?亞歷山大（Parlos Alexander)等人在美國專利6, 713, 978及美國專利申 請案2003/0065634 (其揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文中）中描述了非線性的基于半?yún)?shù) 神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應濾波器，其用以在不明確使用例如轉(zhuǎn)速計等速度傳感器的情況下確定在 感應電動機內(nèi)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的動態(tài)速度。使用實際電動機電流測量、電壓測量及銘牌信息開 發(fā)基于神經(jīng)網(wǎng)絡的濾波器。使用從實際電流及電壓測量導出的估計速度計算器來訓練基于 神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應濾波器?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡的自適應濾波器使用電壓及電流測量來確定旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)子的瞬時速度。基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應濾波器還包含在線調(diào)適方案，其準許濾波器在操 作期間容易適用于新的操作條件。
[0009] 帕洛（Parlos)等人在美國專利6, 590, 362中及在美國專利申請案 2003/067277(其揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文中）中描述了用于電動機中的初期故障 的早期檢測的方法及系統(tǒng)。首先，在電動機操作期間測量電動機的一或多個相位的電流及 電壓值?；陔妱訖C的測量的電壓值及電動機速度值的估計經(jīng)由基于神經(jīng)網(wǎng)絡的電流預測 子來確定電流預測集合。通過組合電流預測集合與測量的電流值產(chǎn)生殘差集合。隨后依據(jù) 殘差集合及測量的電流值計算故障指示符的集合。最后，基于故障指示符的集合與預定基 線值的集合的比較結(jié)果確定是否發(fā)生初期電、機械及/或機電故障。
[0010] 另外，帕洛在U.S. 7, 024,335(其揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文中）中描述了評 定裝置的條件包含從進行裝置的電測量的傳感器接收信號。根據(jù)所接收的信號估計裝置的 期望響應，且根據(jù)所接收的信號建立裝置的測量響應。根據(jù)期望響應及測量響應計算輸出 殘差。通過根據(jù)輸出殘差識別裝置的故障來評定裝置的條件。
[0011] 因此，需要促進監(jiān)視及識別具有周期性行為的電性連接系統(tǒng)中的缺陷的簡化及成 本降低的實施方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 根據(jù)本發(fā)明的教示，提供一種用于監(jiān)視具有電連接的系統(tǒng)的方法，所述連接具有 至少兩個相位及相應電流，所述系統(tǒng)具有周期性行為，所述方法包括以下步驟：連接傳感器 以測量所述電連接的兩個相位的相應電流；變換所述測量的電流以創(chuàng)建初始電流信息；作 出所述系統(tǒng)的正常操作的初始確定；在所述系統(tǒng)的正常操作的所述初始確定之后執(zhí)行所述 系統(tǒng)的訓練及建模，所述訓練及建模進一步包含產(chǎn)生經(jīng)建模電流信息的電流測量；監(jiān)視所 述系統(tǒng)，包含用以產(chǎn)生指示所述系統(tǒng)的即時操作狀態(tài)的即時電流信息的即時電流測量；及 通過比較所述即時電流信息與所述經(jīng)建模電流信息作出所述系統(tǒng)的操作狀態(tài)的即時確定。 優(yōu)選地，所述初始電流信息包含：歸一化相關頻譜；從所述歸一化頻譜導出的非平凡頻譜； 及所述非平凡頻譜的均方根計算。最優(yōu)選地，所述系統(tǒng)的正常操作的所述初始確定進一步 包括初始閾值檢查，其中將所述非平凡頻譜的所述均方根與閾值相比較。通常，在所述初始 閾值檢查不成功時不執(zhí)行所述系統(tǒng)的訓練、建模及監(jiān)視。最常見的是，在范圍實質(zhì)上從30 分鐘到180分鐘的時間周期中完成所述系統(tǒng)的正常操作的所述初始確定。
[0013] 優(yōu)選地，經(jīng)建模電流信息包含系數(shù)向量及訓練特征表。最優(yōu)選地，即時電流信息包 含即時特征表。通常，基于所述即時電流信息及所述經(jīng)建模電流信息計算殘差能量，且將所 述殘差能量與至少一個閾值相比較以作出操作狀態(tài)的所述即時確定。最常見的是，在范圍 實質(zhì)上從36個小時到100個小時的時間周期中完成訓練及建模。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的教示，進一步提供一種用于監(jiān)視具有電連接的系統(tǒng)的監(jiān)視系統(tǒng)，所 述連接具有至少兩個相位及相應電流，所述系統(tǒng)具有周期性行為，所述監(jiān)視系統(tǒng)包括：經(jīng)調(diào) 適以連接到所述至少兩個相位及測量所述至少兩個相位的相應電流的至少兩個電流傳感 器；可連接到所述電流傳感器且經(jīng)調(diào)適以數(shù)字化所述測量的電流的A/D轉(zhuǎn)換器；可連接到 所述A/D轉(zhuǎn)換器且經(jīng)調(diào)適以處理所述經(jīng)數(shù)字化的測量的電流以進行以下操作的PC主機：創(chuàng) 建指示所述系統(tǒng)的初始正常操作的初始電流信息；在所述系統(tǒng)的正常操作的所述指示之后 執(zhí)行所述系統(tǒng)的訓練及建模，以產(chǎn)生經(jīng)建模電流信息；及通過用以產(chǎn)生指示所述系統(tǒng)的即 時操作狀態(tài)的即時電流信息的即時電流測量來監(jiān)視所述系統(tǒng)，其中所述監(jiān)視系統(tǒng)經(jīng)調(diào)適以 基于所述即時電流信息與所述經(jīng)建模電流信息的比較作出所述系統(tǒng)的即時操作狀態(tài)的確 定。通常，所述初始電流信息包含：歸一化相關頻譜；可從所述歸一化頻譜導出的非平凡頻 譜；及可從所述非平凡頻譜計算的均方根。最常見的是，所述系統(tǒng)的正常操作可基于所述均 方根與閾值的比較來確定。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)的初始正常操作的所述指示可在范圍實質(zhì)上 從30分鐘到180分鐘的時間周期中完成。
[0015] 最優(yōu)選地，經(jīng)建模電流信息包含系