雙余度永磁無刷直流電機(jī)繞組故障診斷研究-論文.pdf

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1、2014年2月西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)Feb．2014第32卷第1期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVol_32No．1雙余度永磁無刷直流電機(jī)繞組故障診斷研究付朝陽，劉景林，張曉旭(西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，陜西西安710072)摘要：雙余度永磁無刷直流電機(jī)具有可靠性高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但繞組之間的耦合性對(duì)故障診斷提出了更高要求。針對(duì)雙余度永磁無刷直流電機(jī)常見的繞組故障，包括繞組開路和繞組短路，選擇相電流作為故障分析信號(hào)，通過拆分定子槽，改變控制電路的方

2、式，建立了電機(jī)的繞組故障有限元仿真模型。根據(jù)故障信號(hào)和小波函數(shù)的特點(diǎn)，分別采用Daubechies3和coif5小波函數(shù)對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行特征提取。結(jié)果表明：在小波分解高頻部分的第2層，信號(hào)有明顯突變，并由此確定coif5小波函數(shù)進(jìn)行故障特征檢測(cè)。采用c0if5小波函數(shù)對(duì)相電流d分解系數(shù)進(jìn)行了能量特征提取，得到了各相短路時(shí)的故障特征向量。建立了基于PNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型，對(duì)故障樣本進(jìn)行了診斷，診斷結(jié)果準(zhǔn)確率l00％，驗(yàn)證了所用方法的有效可行。關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)；電樞繞組；故障分析；特征提取中圖分類號(hào)：

3、TM301．2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1000—2758(2014)01．0093．05在航空航天等高精密控制系統(tǒng)中，廣泛采用余接驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器(DDA)用電氣／機(jī)械混合四余度無度控制技術(shù)?？刂葡到y(tǒng)中實(shí)現(xiàn)余度控制一種方案是刷直流力矩電動(dòng)機(jī)(BLDCTM)性能的影響，分析了1臺(tái)電機(jī)及其控制系統(tǒng)作為1個(gè)通道，采用多臺(tái)電短路故障對(duì)電機(jī)電氣參數(shù)造成的影響，系統(tǒng)的仿真機(jī)及其控制系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，這種方案的缺點(diǎn)是體積結(jié)果表明某一相繞組出現(xiàn)匝間短路或某余度的兩相大、重量重、成本高。另一種方案是將余度技術(shù)引入繞組出現(xiàn)相間短路時(shí)，

4、系統(tǒng)依然可以正常運(yùn)行，大大到電機(jī)上，電機(jī)定子中設(shè)置多套繞組，共用1套轉(zhuǎn)子提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)，每套繞組分別與控制系統(tǒng)構(gòu)成獨(dú)立的通道。在上述文獻(xiàn)中，大多針對(duì)雙余度永磁無刷直流該方案的特點(diǎn)是：體積小、重量輕、成本低。電機(jī)的設(shè)計(jì)及其控制方法進(jìn)行了研究，針對(duì)故障診目前，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)已對(duì)余度電機(jī)做了一些初斷方面的研究較少。由于繞組中設(shè)置了2套繞組，步研究。文獻(xiàn)[1]研究了雙余度無刷直流電機(jī)的極大大提高了系統(tǒng)的可靠性，但是作為一個(gè)多源故障弧系數(shù)對(duì)其轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響，通過采用電磁場(chǎng)有限系統(tǒng)，雙余度永磁無刷直流電機(jī)由于

5、繞組問的耦合元分析的方法，計(jì)算了極弧系數(shù)對(duì)電氣雙余度波形作用，存在一個(gè)故障對(duì)應(yīng)多個(gè)故障特征和多個(gè)故障和定位轉(zhuǎn)矩的影響，給出了電氣雙余度極弧系數(shù)選特征對(duì)應(yīng)相似故障特征的情況，并且由于早期繞組取的參考方法。文獻(xiàn)[2]采用場(chǎng)路結(jié)合的方法設(shè)計(jì)故障信號(hào)微弱而難以被發(fā)現(xiàn)，給電機(jī)故障診斷帶來了一種用于直接驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器(DDA)的電氣／機(jī)械混了較大困難。合式四余度無刷直流力矩電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)具有同軸的2段定、轉(zhuǎn)子，每段定子中隔槽嵌放2套繞組，從故障信號(hào)和小波函數(shù)的選擇而構(gòu)成電氣／機(jī)械混合四余度，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性。

6、文獻(xiàn)[3]對(duì)雙余度無刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模雙余度永磁無刷直流電機(jī)采用了2套電樞繞型進(jìn)行了推導(dǎo)，設(shè)計(jì)了相關(guān)原理樣機(jī)，驗(yàn)證了雙余度組，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，2套繞組會(huì)通過電感互相耦合，設(shè)計(jì)的可行性。文獻(xiàn)[4]研究了繞組短路故障對(duì)直收稿日期：2013—04-28基金項(xiàng)目：陜西省自然科~(2013JQ7035)與航空科~(2013ZC53045)資助作者簡(jiǎn)介：付朝陽(1981一)，西北工業(yè)大學(xué)講師、博士，主要從事永磁電機(jī)設(shè)計(jì)與控制及智能控制理論與應(yīng)用的研究?！?4·西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第32卷而當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電

7、流等都解，信號(hào)被分解到一系列頻帶上，且各頻帶互不相會(huì)發(fā)生變化，電機(jī)轉(zhuǎn)矩方程如下所示：交。在確定的小波母函數(shù)和采樣頻率下，每個(gè)頻帶T=C，(1)范圍由尺度決定。電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，每相電流波形設(shè)電樞電流的脈動(dòng)頻率為．，可知電機(jī)轉(zhuǎn)速為包含不同的諧波成分，在不同的頻帶上諧波能量增n=60f／P(2)強(qiáng)或抑制。因?yàn)椴煌愋偷墓收想娏鞑ㄐ涡盘?hào)經(jīng)小由上述2個(gè)公式可以看到，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速均波分解后在各頻帶上的投影是不同的，所以故障信與電流相關(guān)。因此當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，電機(jī)的電樞號(hào)在各頻帶投影序列的能量是故障類型的表現(xiàn)形電流

8、信號(hào)會(huì)有比較明顯的變化，主要表現(xiàn)在以下幾式，因此可以把正交小波分解后每相電流空間信號(hào)個(gè)參數(shù)中：穩(wěn)態(tài)電樞電流均值、穩(wěn)態(tài)電樞電流的脈動(dòng)能量作為特征向量，進(jìn)行頻帶能量分析。幅度、穩(wěn)態(tài)電流的脈動(dòng)頻率等。根據(jù)以上方法，對(duì)電機(jī)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，在250信號(hào)的多分辨分析是信號(hào)的正交小波分解，其ms時(shí)，破壞控制電路為1相斷路，選擇Daubechies3基本算法是Mallat提出的基于時(shí)間和尺度的二進(jìn)分和coifs分別對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行了2層小波分解