[发明专利]一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机静态偏心故障诊断方法，包括建立静态偏心故障特征库、建立基于BP神经网络的静态偏心故障的诊断模型、静态偏心故障诊断三部分；

所述建立静态偏心故障特征库包括如下步骤：

步骤S1：为待测永磁同步电机布置探测线圈、获得待测永磁同步电机样机：

待测永磁同步电机的槽数为Q_s，在待测永磁同步电机定子齿上布置x个探测线圈，探测线圈跨齿数为y，探测线圈匝数为2；将x个探测线圈依次编号为探测线圈i，i＝1,2,…,x，获得待测永磁同步电机样机；

其中，x和y为整数，且3≤x≤Q_s/3，1≤y≤floor(Q_s/x)，floor(Q_s/x)表示Q_s和x比值的向下取整函数；

步骤S2：建立待测永磁同步电机样机的静态偏心故障电磁仿真模型：

在电磁有限元仿真软件中，建立m×n个不同静态偏心率δ和不同静态偏心圆周角γ的待测永磁同步电机样机的静态偏心电磁有限元模型，设置静态偏心率分别为0、a、2a、…、(m-1)a，静态偏心圆周角分别为0°、b°、2b°、…、(n-1)b°，其中m和n为正整数，a≤10％，(m-1)a≤1，b≤2且nb＝360；建立的m×n个待测永磁同步电机样机的静态偏心电磁有限元模型的静态偏心故障特征构成的矩阵表示为U_m×n，

矩阵的每个元素U_jk为(δ，γ)，其中，U_jk为矩阵第j行第k列的元素，j和k为正整数，且1≤j≤m，1≤k≤n，δ为静态偏心率，γ为静态偏心圆周角；每个元素U_jk对应一种静态偏心工况，每个静态偏心工况包含静态偏心率δ和静态偏心圆周角γ两个静态偏心故障特征；

步骤S3：获取探测线圈的电压：

在m×n个待测永磁同步电机的静态偏心故障电磁仿真模型中，设置电机转速为n_s，并对其进行仿真，获取各静态偏心工况下x个探测线圈的电压、得到m×n个静态偏心工况下x个探测线圈电压；

步骤S4：获取探测线圈特征频率幅值：

将得到的m×n个静态偏心工况下x个探测线圈电压进行快速傅里叶变换，得到各偏心工况下x个探测线圈的基波幅值；

将U_jk所表示的偏心工况下第i个探测线圈的基波幅值记为V_{jk_i}；其中，基波对应的频率为f_c，f_c为电机的电频率，j和k为正整数；

步骤S5：定义静态偏心故障的诊断指标并构建静态偏心故障特征库：

在第U_jk偏心工况下第i个探测线圈的静态偏心故障诊断指标为：

β_{jk_i}＝V_{jk_i}/n_s

则各偏心工况下x个探测线圈的静态偏心故障的诊断指标可用矩阵表示为：

其中，矩阵中每个元素为U_m×n中各偏心工况下x个探测线圈的静态偏心故障的诊断指标；

所述建立基于BP神经网络的静态偏心故障的诊断模型包括如下步骤：

步骤T1：BP神经网络结构的确定：

所述BP神经网络的结构依次包括输入层、隐含层1、隐含层2和输出层；

步骤T2：BP神经网络节点传递函数和训练函数的选择：

选取BP神经网络输入层节点数为x，隐含层1节点数为25，隐含层2节点数为40，输出层节点数为2，输入层-隐含层1、隐含层1-隐含层2、隐含层2-输出层的节点传递函数分别为'tansig','tansig','purelin'，训练函数为'trainlm'；

步骤T3：BP神经网络训练集的确定：

选择m×n个静态偏心工况下x个探测线圈电压的静态偏心故障的诊断指标V_m×n为BP神经网络的输入训练集，与诊断指标相对应的m×n个静态偏心工况下的两个静态偏心故障特征静态偏心率δ和静态偏心圆周角γ，即U_m×n作为BP神经网络的输出训练集，两者一一对应，作为BP神经网络的训练集；

步骤T4：步骤T1、步骤T2确定的神经网络结构经步骤T3确定的BP神经网络的训练集训练后得出基于BP神经网络的静态偏心故障的诊断模型；

所述静态偏心故障诊断包括如下步骤：

步骤P1：获取待测永磁同步电机样机的探测线圈电压：

在步骤S1获得的待测永磁同步电机样机一定转速n_s'下，采集其x个探测线圈的电压；

步骤P2：获取诊断指标：

将步骤P1采集的x个探测线圈的电压进行快速傅里叶变换，得到x个探测线圈电压的基波幅值，将第i个探测线圈的基波幅值记为V_{11_i}'，则静态偏心故障诊断指标β_{11_i}'表示为：

β_{11_i}'＝V_{11_i}'/n_s'

计算得到待测永磁同步电机样机的静态偏心故障诊断指标，用矩阵表示为V_1×1'：

V_1×1'＝[(β_{11_1}',β_{11_2}',…,β_{11_x}')]

步骤P3：静态偏心故障的诊断：

将步骤P2所得到的静态偏心故障诊断指标V_1×1'中的元素作为基于BP神经网络的静态偏心故障的诊断模型的输入，基于BP神经网络的静态偏心故障的诊断模型的输出为待测永磁同步电机样机的静态偏心故障特征。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机静态偏心故障诊断方法，其特征在于步骤S1中：所述的探测线圈在待测永磁同步电机定子的圆周方向上均匀分布。