[发明专利]一种鉴别电机异常负载类型的方法

说明书

电机通过传动装置驱动相应的机械设备完成生产过程操作，在某些情况下具有很复杂的生产过程工况，负载的变化具有随机性，本发明提供一种当电机运行中遇到异常负载而导致运行状态发生变化时，能够判断异常负载的发生并鉴别电机的异常负载类型的方法，本发明针给出的技术方案包括三个关联部分：1、在电机运行中判断异常负载的出现，并在异常负载出现时捕捉一个时间窗口内的电机速度数列和转矩数列，2、针对在异常负载出现时捕捉到的电机速度数列和转矩数列，启动快速时频域分解，得到其时频域分解系数矩阵，3、针对快速时频域分解得出的速度系数矩阵和转矩系数矩阵，通过对其进行奇异值分解实现异常负载分类。

技术领域

本发明涉及电机运行过程中遇到的异常负载的检测和类型鉴别的方法，尤其是通过对电机运动过程中的速度和转矩进行快速时频域分解来检测和鉴别异常负载类型的方法。所述方法涉及的电机包括永磁有刷直流电机、永磁无刷直流电机、永磁同步交流伺服电机和采用矢量控制的三相异步电机。

背景技术

电机通过传动装置驱动相应的机械设备完成生产过程操作，在某些情况下具有很复杂的生产过程工况，负载随机变化，而且类型具有多样性。这些生产过程设备一般属于重要的传统产业范畴。随着新技术的发展和国家对用高新技术改造传统产业的大力提倡，人们越来越注重在复杂工况下生产设备对生产过程的适应性，应当及时准确地鉴别随机变化的负载大小和负载类型，因为负载的变化，有可能属于正常的生产过程范围，也有可能是由于障碍物堵塞或挤压等引起的，例如在电动掘进系统中，由于工作面的情况复杂，由于异常负载随机出现，可能导致电机堵转，在这种情况下应当尽早判断负载的类型，对于不同的负载情况，采取不同的处置方法。

又例如在自动门的开关门过程中，门体可能与人体或其它物件发生挤压和接触，高安全性的自动门机控制系统应当能够分辨与门体发生挤压和接触的物件的类型，针对不同的情况采取相应的控制措施。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：提供一种当电机运行中遇到异常负载而导致运行状态发生变化时，能够准确鉴别异常负载类型的方法。

针对上述技术问题，为了提取在异常负载发生时电机的参数曲线的特征，针对其随机性和非平稳性的特点，本发明首次提出了快速时频域分解的方法，应用该方法对电机的速度和转矩(经过采样后成为速度数列和转矩数列)进行快速时频域分解，得到其时频域成份，速度和转矩时频域成份都用矩阵表示，分别称为速度系数矩阵和转矩系数矩阵。

针对速度系数矩阵和转矩系数矩阵，本发明首次提出了通过奇异值分解，并根据奇异值数列之间的欧几里德距离来实现分类，并以此来鉴别异常负载类型的方法。

本发明针给出的技术方案包括三个关联部分：1、在电机运行中判断异常负载的出现，并在异常负载出现时捕捉一个时间窗口内的电机速度数列和转矩数列，2、针对在异常负载出现时捕捉到的电机速度数列和转矩数列，启动快速时频域分解，得到其时频域分解系数矩阵，3、针对快速时频域分解得出的速度系数矩阵和转矩系数矩阵，通过对其进行奇异值分解来实现异常负载分类。

一种判断电机的异常负载的出现并捕捉时间窗口内的速度数列和转矩数列的方法，其特征在于：在电机控制系统控制电机运行的过程中，设控制周期为Δ，连续滚动存储电机的速度值和转矩值，滚动窗口的宽度为L(一般取64)每次均以当前时刻为0，往后以L为长度，以动态滚动的方式构造当前速度数列V＝[v(0)，…v(kΔ)，…v((L-1)Δ)]、当前转矩数列M＝[m(0)，…m(kΔ)，…m((L-1)Δ)]，每次检测到新的速度值和转矩值时，都要刷新当前速度数列和当前转矩数列，刷新的周期等同于电机控制系统的控制周期，每次刷新当前速度数列V和转矩数列M时，要计算其平均值：和根据预设的速度下限阈值和转矩上限阈值当发现且时，即可判断出现了异常负载，并启动对当前的速度数列和转矩数列进行快速时频域分解。

一种对电机速度数列和转矩数列进行快速时频域分解的方法，其特征在于包括以下步骤：