[发明专利]一种基于滤波的永磁直流电动机故障检测方法

权利要求书

1.一种基于滤波的永磁直流电动机故障检测方法，其特征在于，所述方法根据永磁直流电动机系统在正常工作状态下状态矩阵对应的正多胞体，计算得到永磁直流电动机在正常工作状态下输出矩阵对应的正多胞体；再根据正常工作状态下输出矩阵对应的正多胞体和实际工作状态下的输出矩阵，确定永磁直流电动机系统的故障检测信号；最后根据永磁直流电动机系统的故障检测信号，确定永磁直流电动机系统的故障状态和故障时间；

其中，所述永磁直流电动机系统在正常工作状态下的状态矩阵为i(k)表示电枢的电流，n(k)表示电机转速，k为离散时间；

所述永磁直流电动机系统在正常工作状态下的输出矩阵为其中y₁(k)、y₂(k)为输出矩阵y(k)中的分别对应i(k)和n(k)的元素；

所述方法在根据永磁直流电动机系统在正常工作状态下状态矩阵对应的正多胞体，计算得到永磁直流电动机在正常工作状态下输出矩阵对应的正多胞体之前还包括：

步骤101，根据永磁直流电动机的工作原理，建立永磁直流电动机低频线性模型；

步骤102，根据永磁直流电动机的低频线性模型，确定永磁直流电动机的离散线性模型；

步骤103，获取永磁直流电动机分别在正常工作状态下和实际工作状态下的电枢电流和转速，并确定对应的输出矩阵；

步骤104，获取永磁直流电动机在正常工作状态下的输入电压和系统参数，并确定系统的参数矩阵；

步骤105，根据所述永磁直流电动机在正常工作状态下的输出矩阵、输入电压、参数矩阵和离散线性模型，确定正常工作状态下状态矩阵对应的正多胞体；

所述步骤105，包括：

设置初始化状态矩阵x(0)对应的正多胞体利用正多胞体卡尔曼滤波的方法递推计算k时刻正常工作状态下状态矩阵x(k)对应的正多胞体递推过程包括：

步骤1051，根据永磁直流电动机系统的参数矩阵，正多胞体O(0,d_w)中生成矩阵的对角线值d_w，正多胞体O(0,d_v)中生成矩阵的对角线值d_v和k-1时刻的正多胞体中生成矩阵的对角线值d(k-1)，按式(5)至式(7)计算k-1时刻的最优观测器增益G(k-1)；

其中Γ(k-1)和Λ(k-1)为中间变量；

步骤1052，根据永磁直流电动机系统的参数矩阵，k-1时刻的输入电压u(k-1)、输出矩阵y(k-1)、正多胞体的中心和最优观测器增益G(k-1)，按式(8)更新计算k时刻正多胞体的中心

步骤1053，根据永磁直流电动机系统的参数矩阵，正多胞体O(0,d_w)中生成矩阵的对角线值d_w、正多胞体O(0,d_v)中生成矩阵的对角线值d_v、k-1时刻的最优观测器增益G(k-1)和正多胞体中生成矩阵的对角线值d(k-1)，按式(9)更新计算k时刻正多胞体中生成矩阵的对角线值d(k)；

d(k)＝(A-G(k-1)C)d(k-1)+Ed_w-G(k-1)Fd_v (9)；

所述步骤101，包括：

根据永磁直流电动机的工作原理，建立如下方程：

其中，u，E_a，i，R_a，L分别为电枢的输入电压、直流电动机两端电势、电流、电阻和电感；T，T₀，T₂，n分别为电磁转矩、空载转矩、负载转矩和转速；J₁＝2πJ/60，J是电动机转子和同轴联接机构的转动惯量；

忽略直流电动机的非线性因素的影响，对式(1)进行等效简化后可得到相应的线性化模型：

其中f_r为轴承间的摩擦系数；

所述步骤102，包括：

对式(2)进行离散化处理，并设定采样时间间隔为Ts，则可得到对应的离散线性模型为：

其中，x(k)为系统的状态矩阵，为系统的参数矩阵，k为离散时间；

y(k)为系统的输出矩阵；

在状态方程和输出方程中分别加入过程噪声w(k)和测量噪声v(k)，得到永磁直流电动机的离散线性模型为：

其中，过程噪声w(k)和测量噪声v(k)均有界，w(k)∈O(0,d_w)，v(k)∈O(0,d_v)，d_w为正多胞体O(0,d_w)中生成矩阵的对角线值，d_v为正多胞体O(0,d_v)中生成矩阵的对角线值，为过程噪声w(k)的系数矩阵，为测量噪声v(k)的系数矩阵。