[发明专利]一种旋转永磁同步电机动态偏心故障检测方法

权利要求书

1.一种旋转永磁同步电机动态偏心故障检测方法，包括如下步骤：

步骤一、采集待诊断旋转永磁同步电机的探测线圈电压时间历程即电压时域波形：

1.1、待诊断旋转永磁同步电机共有Q个定子齿，整个圆周方向上均布3个探测线圈，每跨b个定子齿设置1个探测线圈，探测线圈匝数为2匝；b的取值范围为[1,int[Q/3]]，int[Q/3]表示向下取整；对所述定子齿上绕制的线圈依次编号为i，i＝1、2、3；

1.2、待诊断旋转永磁同步电机空载运行，设置转速为额定转速N，同步测量和记录t至t+T时间内3个探测线圈上的电压时间历程u_i，i＝1、2、3；T为机械周期，T＝60/N；

步骤二、判断待诊断旋转永磁同步电机是否发生动态偏心故障：

2.1、作出3个探测线圈的电压时间历程u_i波形图，若下列(1)、(2)条件同时成立，则判定待诊断的旋转永磁同步电机存在动态偏心故障，否则无动态偏心故障，

(1)待诊断旋转永磁同步电机3个探测线圈电压时间历程u_i波形相同，相位不同；

(2)在一个机械周期T内，待诊断旋转永磁同步电机每个探测线圈电压存在极对数个不等的极大值；

步骤三、建立旋转永磁同步电机动态偏心电磁仿真模型、进行仿真，建立动态偏心故障特征库：

3.1、在电磁有限元软件中，建立n个不同动态偏心率的旋转永磁同步电机的动态偏心电磁有限元模型，设置动态偏心率分别为0，a，2a，3a，…，(n-1)a，其中a≤5％，n为正整数，(n-1)a1，故形成动态偏心率的矩阵Y_n×1：

Y_n×1＝[0 a 2a 3a … (n-1)a]^T

3.2、在额定转速下，对n个不同动态偏心率的旋转永磁同步电机动态偏心电磁有限元模型进行空载仿真，获取每个动态偏心率下3个探测线圈的电压时间历程；

3.3、对仿真得到的n个不同动态偏心率下旋转永磁同步电机的探测线圈电压时间历程进行滤波去噪，利用快速傅里叶变换将电压时间历程信号变换为电压幅频信号；

3.4、旋转永磁同步电机发生动态偏心时，探测线圈电压频率会产生f_c±f_r的特征频率，其中f_c为电机的基波频率，f_r为电机的机械转频；n个不同动态偏心率的旋转永磁同步电机的各自3个探测线圈电压频率的电压基波幅值、左边带谐波幅值和右边带谐波幅值用矩阵U_n×9表示为：

在第n个旋转永磁同步电机动态偏心电磁有限元模型下，第i个探测线圈电压频率为f_c的电压基波幅值可记为U_{n_i_fc}，第i个探测线圈电压频率为f_c-f_r的电压左边带谐波幅值记为U_{n_i_fc-fr}，第i个探测线圈电压频率为f_c+f_r的电压右边带谐波幅值记为U_{n_i_fc+fr}，其中，i＝1,2,3；

步骤四、基于支持向量机建立旋转永磁同步电机动的态偏心率检测模型：

4.1、支持向量机构建，所述支持向量机的结构依次包括：输入层、核函数层和输出层；

4.2、所述支持向量机的训练集确定，选择旋转永磁同步电机动态偏心电磁仿真模型中的n个动态偏心率下3个探测线圈电压频率的电压基波幅值、左边带谐波幅值和右边带谐波幅值、即U_n×9，作为支持向量机的输入层，其对应的动态偏心率矩阵Y_n×1作为支持向量机的输出层；输入层和输出层共同作为所述支持向量机的训练集；

4.3、所述支持向量机核函数和检测函数的确定，高斯核函数svmtrain作为核函数层，函数svmpredict作为检测函数，采用交叉验证的方式多次训练模型，直至模型准确率不低于99％时，确定惩罚参数c和奖励参数g；获得支持向量机的旋转永磁同步电机动态偏心率检测模型；

步骤五、应用旋转永磁同步电机的动态偏心率检测模型诊断旋转永磁同步电机动态偏心率：

5.1、步骤二中判定待诊断的旋转永磁同步电机存在动态偏心故障时，将步骤一获得的待诊断旋转永磁同步电机3个探测线圈电压时间历程滤波去噪，然后经过快速傅里叶变换，分离出3个探测线圈电压频率的电压基波幅值、左边带谐波幅值和右边带谐波幅值，并组成矩阵U′_1×9作为输入信号，

将U′_1×9＝[U′_{1_1_fc} U′_{1_1_fc-fr} U′_{1_1_fc+fr} U′_{1_2_fc} U′_{1_2_fc-fr} U′_{1_2_fc+fr} U′_{1_3_fc}U′_{1_3_fc-fr} U′_{1_3_fc+fr}]导入到步骤四获得的支持向量机的旋转永磁同步电机动态偏心率检测模型，支持向量机的旋转永磁同步电机动态偏心率检测模型的输出层输出待诊断的旋转永磁同步电机的动态偏心率Y′_a。