变频器异常检测方法研究与仿真

1、收稿日期:2012-03-27作者简介:莫桂江(1975-,男,广西阳朔人,硕士,讲师,研究方向:电子技术应用与控制、数字信号处理技术。变频器异常检测方法研究与仿真莫桂江(广西现代职业技术学院,广西合池547000摘要:提出了一种异常参数映射估计的变频器异常动态参数检测算法。提取变频器异常动态参数,建立动态参数与变频器部件之间的映射关系,对变频器动态参数进行非线性变换,计算变频器动态参数异常区间排除干扰。实验证明,这种检测方式能够提高变频器异常检测的准确率,能够准确检测故障部件。关键词:变频器;异常动态参数;检测中图分类号:TP393文献标识码:A 文章编号:1001-7119(201206-

2、0040-03Inverter Anomaly Detection Algorithm Research and SimulationMO Guijiang(Modern College of Guangxi ,Hechi 547000,China Abstract:Put forward a kind of abnormal parameter mapping estimate of the frequency converter dynamic parameters ab -normal detection algorithm is proposed.Extraction frequenc

3、y converter dynamic anomalies parameters,establishes the dynamic parameter and converter the mapping relationship between the parts of frequency converter dynamic parameters for nonlinear transform,the calculation of frequency converter dynamic parameters abnormal interval remove interference.Experi

4、ments show that the detection means to be able to improve the frequency converter anomaly detection accuracy,can accurate detection fault components.Key word:inverter;abnormal dynamic parameters;positioning detection;0引言随着机械产业的迅速发展,国家对于不同种类变频器的研究越来越重视,投入了大量的资金和人力用于变频器相关算法的研究。如果变频器出现异常,将造成机械无法运行,带来极大

5、的安全隐患1-4。在一些复杂的工作场景下,为了保证工作电压的稳定,变频器工频电源会发生频繁变换,会形成电压信号的瞬间突变。这种突变容易造成工频电源电压波动、欠压和频率不稳定,使动态故障参数出现误动。传统的变频器异常检测方法进行检测的过程中,如果变频器工频电源的变换频率过高,那么变换过程中产生的电子干扰会影响故障信号,使其产生误动,误动的电压造成故障信号会造成变频器异常检测出现误检测,准确率降低5。为了避免上述问题,提出了一种多层参数映射估计算法,用于变频器异常动态参数。将提取的变频器异常动态参数进行映射处理,确定异常动态参数与变频器部件之间的映射关系。计算变频器动态参数异常区间排除干扰,从而实

6、现变频器异常动态参数。实验证明,这种检测方式提高了变频器异常动态参数检测的准确率,取得了令人满意的效果。1异常参数估计的变频器故障检测算法利用传统方式进行变频器异常动态参数,由于工频电源频繁变换,造成电子干扰,会影响到动态参数的精度,最终降低检测的准确率。利用多层参数估计方式第28卷第6期2012年6月科技通报BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY第6期进行,则避免了传统算法的缺陷。其原理如下所述:1.1变频器异常参数映射处理根据变频器异常参数,将变频器部件与其对应,通过映射关系描述二者之间的联系,从而根据异常参数进行变频器异常部件。其步骤如下所述:(1根据实践经

7、验,设置变频器异常参数阀值标准,这个数值并非一个常数,其范围是小于1的正数,同时将得到的变频器异常参数作为多层参数估计的原始数值Z=z 1,z 2,L,z p 2。其中,样本E 与其对应,在该样本邻近区域Q E 中,全部变频器异常参数和对应的样本E 都正常运行,然而其余部分的变频器异常参数出现异动。(2在多层参数估计模型中输入的异常参数,都是变频器异常的有关数据,保存于数据集合Z=z 1,z 2,L,z p 2中,因此第k 个变频器部件异常参数均值组成的异常参数数据集合为Y k =y k 0,y k 1,L,y kq 2,如果没有发生异常现象,则异常参数传递的结果是:a k =y kl /z

8、l =Y 2k Z(3假如a k 为最大值,则与其对应的变频器部件序号是k ,那么与该序号对应的异常参数是E 。(4要求多层变频器参数估计拥有一定的区别功能,如果理想的异常参数E 的邻近区域是Q E ,假设Q E 区域中异常参数最终传递数值为1,则Q E 区域外异常参数最终传递数值为0,能够利用下列公式计算:a k =1k Q Ea k =0k Q E(5得到样本平均参数的公式为:y kl(=y kl(-(z k(+y kl(y kl(+1=y kl(其中,(<1,是变频器异常参数计量范围。计算变频器部件平均异常参数时,假设Q E 满足(计量范围的要求,则开始下一步计算,假设不满足(的计

9、量范围,则重新回到步骤2。(6异常参数估计模型开始计算并键入一组新的异常参数,则重新计算步骤(1,假设在全部异常参数都键入到相应的多层参数估计模型中,则终止操作。当最先在多层参数估计模型中键入初始异常参数时,相邻范围Q E 与异常参数计量范围都是最大值,后续异常参数最大值逐渐减少,假设(=0,则终止键入。根据以上描述,能够使键入的异常参数全部记录在多层参数估计异常参数数据集合Y k 中,变频器异常参数与变频器可预计的异常情况里的对应关系保存在多层参数估计异常参数数据集合Y k 里。变频器异常参数与部件映射关系误动情况能够得出:G=2Qq =1Vm =1(R rm +a rm 2/Y k其中,Q

10、 是数据集合中全部异常参数的数目,V 是多层参数估计获取的异常参数数目,R rm 是第m 个部件需要获取的结果。利用下面公式,能够对映射过程中产生的误差进行补偿:v jk (u-1=v jk (u -v jk (u-1v jk(u-1=(F v-v jk (u +v jk (u+1n (u-1=n (u -n (u-1n (u-1=(F -n (u +n (u+1其中,是误差因子,并且该取值需要大于零,是异常参数因子。利用公式计算异常参数隶属度:v M =1y y min(y 0-y /(y 0-y min y min y y 0计算异常参数理想隶属度:v M =(y -y min /(y 0

11、-y min y min y y 0y -y max /(y 0-y max y 0y y max0其他计算异常参数极大值隶属度:v M =(y -y 0/(y max -y 01y y max0其他其中,y max 是变频器异常参数正向偏差,y min 是异常参数负向偏差,y 0是最理想的异常参数偏差差值,通常情况下是y 0=0。描述多层参数估计模型中输入的异常参数与需要输出的结果之间的关系:z=nj =1v jk(y k z j/nj =1v jk (y k通过上面阐述的方式,能够获取变频器异常参数映射关系,将变频器异常参数与变频器部件形成对应关系,从而为变频器异常参数提供基础。1.2变频

12、器异常确定将变频器异常参数输入到多层参数估计模型中,对所有的变频器异常参数进行非线性变换。根据变频器异常参数与变频器部件的映射关系,确定变频器可能出现异常情况的部件。对变频器异常参数进行非线性变换处理:Q (Z =l=1y l (Zd l /p 2计算变频器参数异常区间:d m =1n(z m -w m 2/m q姨式中,q 是异常参数变化区间极大值,z m 是变频器部件空间位置,w m 是变频器异常参数均值。上述参数都需要满足下面的要求:w m =Q/Q m ×(z max -z min 2Q Q m -q姨w m Q m ×(z max -z min 2在多层参数估计模

13、型中,所有参数相互关系如下:莫桂江.变频器异常检测方法研究与仿真41科技通报第28卷z 1=d 10-d 11y 1-L-d 1p y p 姨z 1>d j 1/z j姨式中,G j 1是多层参数估计模型设置参数,d j 1是一个常数,z j 是获取的结果参数。2实验结果及分析实验中变频器中控制板端子存在异常,主回路端子异常,在变频器电源高速切换的情况下,每次故障下,完成100次试验,成功检测的次数作为实验的准确度。分别利用传统算法和本文算法对变频器异常参数进行检测。异常的数量逐渐增加,实验次数为100次,故障样本为050正态分布。电机运行参数c =2.7,电机运行速度变换系数d =5.

14、69,变频器部件序号i =5.77,变频器工频电源变换次数n =500次/s ,工频电源变换系数。实验中,故障变频器的电压突变波形如下图所示: 通过图1可以看出,工作电压出现了突变,会对故障信号形成干扰,符合实验环境。分别用两种方法对存在的异常进行检测并统计每次检测准确度的结果:其中,横轴代表变频器异常参数数目,是050增加的。纵轴代表异常参数检测的准确率。通过图2能够得知,利用传统方式进行变频器异常参数检测,由于变频器工频电源变换频繁造成电子干扰,导致异常参数误动,降低了变频器异常参数的准确率。虽然随着故障的增多,算法的准确度都有所下降,但是本文方式检测准确率依然高于传统算法。3结束语本文提出了一种多层参数估计算法,用于变频器异常参数的检测。将提取的变频器异常参数进行映射处理,确定异常参数与变频器部件之间的映射关系。针对异常参数对应的部件,进行异常参数确认。该算法有广泛的发展前景和巨大的商业价值。参考文献:1黄治军,雷勇.传感器故障检测的仿真研究J.计算机仿真,2005,1:110-114.2蔡卫峰.异常系统故障诊断算法研究进展与展望J.计算机测量与控制,2002,12.3胡亚楠.变频器常见故障检测及处理方法J.内江科技,2011,10:33-35.4张晓