基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于伺服電機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服電機廣泛應用于工業(yè)機器人、數(shù)控機床等機械自動化設(shè)備，這些工業(yè)自動化應用場合具有高危險性、高精度、高速等特性，要求必要的安全性保障。需要在故障發(fā)生時，甚至在故障發(fā)生前發(fā)出警報信號，以及時排除隱患，保證機器的操作人員、周圍環(huán)境以及機器本身的安全。
[0003]工業(yè)自動化設(shè)備一般由多臺伺服電機聯(lián)合完成相應動作，而每臺伺服電機必須配一套伺服控制器?，F(xiàn)有的伺服控制器都是單向接收運動控制系統(tǒng)發(fā)送過來的指令，并控制電機完成相應的動作，沒有對電機或傳感器等相關(guān)部件進行狀態(tài)監(jiān)測以及故障預測和診斷等先進功能。
[0004]現(xiàn)有的運動控制器與伺服驅(qū)動器只有簡單的指令通信，伺服驅(qū)動器的診斷功能只有簡單的過流、超速和過沖等簡單報警。這些簡單的報警功能都是在故障發(fā)生時產(chǎn)生的信號，不能提前保護相關(guān)設(shè)備。本發(fā)明提出一種基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法，能提前診斷相關(guān)部件出現(xiàn)故障，防止事故的發(fā)生，更好地保護設(shè)備和人身安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種利用多維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，能準確檢控電機狀態(tài)和預測故障的基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法，包括以下步驟:
[0008]S1、建立電機的運行狀態(tài)中的位移P，速度V和電流I的關(guān)聯(lián)模型；
[0009]S2、通過關(guān)聯(lián)模型預測電機的運行狀態(tài)和故障檢測。
[0010]具體的，所述步驟S1具體為:
[0011 ]所述電機位移P、速度V和電流I的二維關(guān)聯(lián)矩陣T滿足:
[0012]T=[Pi(k),Vi(k),Ii(k)] (1)
[0013]其中，i= l，2，3...η表示電機的臺數(shù)；同時，設(shè)備都是重復地運行相同的軌跡，用k=1，2，3...ηι來顯示運行的批次。
[0014]所述步驟S2具體過程為:
[0015]S201、數(shù)據(jù)采集，在電機運行過程，根據(jù)上述(1)中的二維關(guān)聯(lián)矩陣采集若干組的位移Ρ、速度V和電流I數(shù)據(jù)并存儲在指定內(nèi)存空間，然后利用協(xié)方差矩陣來描述上述三個電機物理量的關(guān)聯(lián)性；
[0016]S202、計算二維關(guān)聯(lián)矩陣最大變化方向矢量，將上述二維關(guān)聯(lián)矩陣式(1)，經(jīng)過協(xié)方差矩陣變換成對稱矩陣，求出對稱矩陣的特征值，并對特征值按從大到小進行排序；
[0017]S203、變量狀態(tài)判斷，計算實時采集到的P、速度V和電流I三者的相關(guān)特征矩陣矢量，并投影到上述S202計算出的特征值矢量方向，求出投影矢量的范數(shù)，與對稱矩陣的特征值進行比較，如小于一定閥值，則認為電機狀態(tài)正常;反之，則電機將要出現(xiàn)故障。
[0018]通過本發(fā)明提出的一種基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法，相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0019]1、本發(fā)明通過永磁同步電機的伺服控制系統(tǒng)由位移控制器、速度控制器和電流控制器三閉環(huán)串聯(lián)控制。因此，結(jié)合電機的運行狀態(tài)如位移P，速度V和電流I具有的關(guān)聯(lián)性，利用多維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，能準確檢控電機狀態(tài)和預測故障；提前預測故障，保證設(shè)備安全有序生產(chǎn)，減少維護成本。
[0020]2、能評價電機性能好壞，為采購人工購買優(yōu)質(zhì)電機提供技術(shù)支持和信息服務(wù)。
【附圖說明】
[0021]圖1為本基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0023]實施例
[0024]結(jié)合圖1，伺服驅(qū)動器一般采用如圖1所示的三閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)架構(gòu)。其中，模塊P為位置控制器，模塊ASR為速度控制器，模塊ACR為電流控制器，模塊PMSM為永磁同步電機。
[0025]本發(fā)明提供的一種基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法，包括以下步驟:
[0026]S1、建立電機的運行狀態(tài)中的位移P，速度V和電流I的關(guān)聯(lián)模型；
[0027]S2、通過關(guān)聯(lián)模型預測電機的運行狀態(tài)和故障檢測。
[0028]具體的，所述步驟S1具體為:
[0029 ]所述電機位移P、速度V和電流I的二維關(guān)聯(lián)矩陣T滿足:
[0030]T=[Pi(k),Vi(k),Ii(k)] (1)
[0031]其中，?= 1，2，3...η表示電機的臺數(shù)；同時，設(shè)備都是重復地運行相同的軌跡，用k=1，2，3...ηι來顯示運行的批次。
[0032]所述步驟S2具體過程為:
[0033]S201、數(shù)據(jù)采集，在電機運行過程，根據(jù)上述(1)中的二維關(guān)聯(lián)矩陣采集若干組的位移Ρ、速度V和電流I數(shù)據(jù)并存儲在指定內(nèi)存空間，然后利用協(xié)方差矩陣來描述上述三個電機物理量的關(guān)聯(lián)性；
[0034]S202、計算二維關(guān)聯(lián)矩陣最大變化方向矢量，將上述二維關(guān)聯(lián)矩陣式(1)，經(jīng)過協(xié)方差矩陣變換成對稱矩陣，求出對稱矩陣的特征值，并對特征值按從大到小進行排序；
[0035]S203、變量狀態(tài)判斷，計算實時采集到的Ρ、速度V和電流I三者的相關(guān)特征矩陣矢量，并投影到上述S202計算出的特征值矢量方向，求出投影矢量的范數(shù)，與對稱矩陣的特征值進行比較，如小于一定閥值，則認為電機狀態(tài)正常;反之，則電機將要出現(xiàn)故障。
[0036]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法，包括以下步驟: S1、建立電機的運行狀態(tài)中的位移P，速度V和電流I的關(guān)聯(lián)模型； S2、通過關(guān)聯(lián)模型預測電機的運行狀態(tài)和故障檢測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法，其特征在于，所述步驟S1具體為: 所述電機位移P、速度V和電流I的二維關(guān)聯(lián)矩陣T滿足: T=[Pi(k),Vi(k),Ii(k)](1) 其中，i取值為1，2，3…n，表示電機的臺數(shù);k取值為1，2，3…m，表示重復地運行相同的軌跡的批次。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法，其特征在于，所述步驟S2具體過程為: S201、數(shù)據(jù)采集，在電機運行過程，根據(jù)上述(1)中的二維關(guān)聯(lián)矩陣采集若干組的位移P、速度V和電流I數(shù)據(jù)并存儲在指定內(nèi)存空間，然后利用協(xié)方差矩陣來描述上述三個電機物理量的關(guān)聯(lián)性； S202、計算二維關(guān)聯(lián)矩陣最大變化方向矢量，將上述二維關(guān)聯(lián)矩陣式(1)，經(jīng)過協(xié)方差矩陣變換成對稱矩陣，求出對稱矩陣的特征值，并對特征值按從大到小進行排序； S203、變量狀態(tài)判斷，計算實時采集到的P、速度V和電流I三者的相關(guān)特征矩陣矢量，并投影到上述S202計算出的特征值矢量方向，求出投影矢量的范數(shù)，與對稱矩陣的特征值進行比較，如小于一定閥值，則認為電機狀態(tài)正常;反之，則電機將要出現(xiàn)故障。
【專利摘要】本發(fā)明基于多維信息監(jiān)測的伺服驅(qū)動系統(tǒng)故障預測以及診斷方法，包括以下步驟：S1、建立電機的運行狀態(tài)中的位移P，速度V和電流I的關(guān)聯(lián)模型；S2、通過關(guān)聯(lián)模型預測電機的運行狀態(tài)和故障檢測。本發(fā)明通過永磁同步電機的伺服控制系統(tǒng)由位移控制器、速度控制器和電流控制器三閉環(huán)串聯(lián)控制。因此，結(jié)合電機的運行狀態(tài)如位移P，速度V和電流I具有的關(guān)聯(lián)性，利用多維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，能準確檢控電機狀態(tài)和預測故障；提前預測故障，保證設(shè)備安全有序生產(chǎn)，減少維護成本。
【IPC分類】H02P29/024
【公開號】CN105450146
【申請?zhí)枴緾N201510867836
【發(fā)明人】張碧陶
【申請人】張碧陶
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月30日