[发明专利]一种基于改进型幂次趋近律滑模观测器的感应电机故障检测方法

说明书

本发明提供一种基于改进型幂次趋近律滑模观测器的感应电机故障检测方法，包括以下步骤：建立感应电机状态空间数学模型，利用sigmoid激励函数设计的时变增益和滑动变量的分数次项构成改进型幂次趋近律；通过滑模控制反步法理论设计控制律，构建滑模观测器；根据系统稳定性和可达性确定滑模观测器参数取值；设置四类典型故障，搭建感应电机故障模型，利用观测器观测感应电机定子电流和转子电流，通过实际电流与观测值不同时刻的残差来辨识感应电机是否发生故障；基于改进型幂次趋近律滑模观测器的感应电机故障检测方法，可以检测感应电机早期微小故障，同时本发明观测器具有收敛速度快且能够抑制高频抖振的特点。

技术领域

本发明涉及一种基于改进型幂次趋近律滑模观测器的感应电机故障检测方法，属于电气控制领域。

背景技术

感应电机是一种广泛应用于各种机械设备中的电动机。由于其结构简单、使用可靠，因此在各种工业生产中得到了广泛应用。由于运行工况十分复杂，感应电机在使用过程中会出现各种类型的故障。为了保证电机正常运行，对电机早期故障进行诊断和监测显得尤为重要，提高设备的可靠性和安全性，降低设备的维护成本和停机时间。

基于解析模型的诊断方法主要通过实际传感器输出值与模型输出值之间的残差来进行故障诊断，具有诊断时间短和计算成本低等优点，已广泛应用于感应电机传感器微小故障诊断中；基于一种新型趋近律设计的观测器，改善传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾，提高系统动态响应性能；考虑到滑模观测器在处理非线性系统问题时的优越性，采用基于滑模观测器故障诊断方法，基于李雅普诺夫理论证明稳定性，设计残差信号以及滑模控制策略从而构造滑模观测器，实现感应电机的故障诊断。

发明内容

根据传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾，本发明提供一种基于改进型幂次趋近律滑模观测器的感应电机故障检测方法。

一种基于改进型幂次趋近律滑模观测器的感应电机故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，基于不确定性和未知外部干扰的感应电机模型解析诊断系统，发明一种改进型幂次趋近律的滑模控制方法。在旋转正交坐标系下以定子电流、转子磁通和机械旋转角速度为状态变量构建包括定子绕组故障、转子绕组故障和定子电流传感器故障情况下的感应电机状态空间数学模型；

步骤二，基于感应电机状态空间数学模型，结合改进型幂次趋近律通过滑模控制反步法理论设计滑模控制器，构建滑模观测器；

步骤三，根据系统稳定性和可达性分析，确定基于改进型幂次趋近律的滑模观测器各参数的取值；

步骤四，搭建感应电机故障模型，设置四类典型故障，通过滑模观测器实现对感应电机的定子电流和转子电流在d、q轴分量的估计，通过观测器观测定子电流和转子电流与实际定子电流和转子电流之间的残差信号值来进行判断，从而辨识电机是否出现故障。

本发明的优点：

（1）本发明的感应电机故障检测方法基于一种基于改进型幂次趋近律滑模观测器，新型观测器是由反步法设计的控制器结合感应电机动态数学模型构建而成，改善了传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾，具有较快的响应速度、较强的稳定性以及较高的追踪精度；

（2）在步骤二和步骤三提出的一种改进型幂次趋近律，通过滑动变量 s的 sigmoid函数进行在线调整，以改善传统幂次趋近律的性能；该趋近律结构简单，响应速度快，抖振小，以进一步改善了感应电机滑模观测器系统的性能。

附图说明

图1为基于改进型幂次趋近律感应电机故障检测流程示意图。

图2为改进型幂次趋近律滑模观测器的原理示意图。