[发明专利]基于电参量信息融合的液压系统运行状态在线监测方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术存在的以上问题，本发明的目的在于，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，本发明采取如下的技术解决方案：

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，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：

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                                                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

  （1）

将（1）式的电压信号相位加，即

 （2）

令，，其中为相电流和相电压的相位差，cos为功率因数；

将（2）式中的消去，得到以下方程：

（3）

（4）

（4）式在笛卡尔坐标平面内轨迹为一中心位于原点的椭圆，称为电压、电流的李萨如方程式，由此方程绘制的平面图称为单相电参量李萨如图；

3）三相电参量李萨如图融合方法

将三相电a、b、c相的单相李萨如图等间距地表示在同一坐标系中，依次将三相李萨如图中相对应的点相连，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，三相椭圆、外接矩形及其连线的变化可监测三相电机及其传动系统的运行状态；

同时，应用对称分量法，将三相电压、电流分解为正序、负序、零序分量，电机中性点非接地时，零序电流为零，正常情况下，电机三相电源及电机结构基本对称，负序分量很小，因此由负序电压及负序电流组成的李萨如图几乎为一个点；

其次，进一步将电机定子绕组三相电流分解到两相静止坐标系下，三相电流对称时，所对应的两相电流幅值相等，相位相差90度，因此其李萨如图为一标准的圆；

用上述的三相电参量的融合方法综合监测并分析，得到准确和可靠的液压系统状态监测和故障诊断信息。

上述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：