CN107124130B - 一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法，包括：求取电机相邻周期位置差值平均值并保存；计算可得出当前转速下相邻周期位置差值不应超过的值△θ_s；保存保存几个周期内相邻周期的位置差值，求平均值△θ_av，同时保存无传感器方法计算出的几个相邻周期位置差值的平均值△θ_sav；计算出当前位置差值△θ_k；判断△θ_k是否处于△θ_s的范围内；若是，更新几个周期内相邻周期的位置差值的平均值△θ_av，执行矢量控制算法并退出；若否，判断△θ_k是否超过△θ_s一定时间；若超过，采用加权方法缓慢退出计算并结束；若不超过，通过加权估算计算位置值，执行矢量控制算法并结束。该种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法具有抗干扰性能好、适用范围广、准确性高、精度好等优点。

Description

一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法

技术领域

本发明涉及一种电机领域的处理方法，特别是一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法。

背景技术

在电机运行过程中，旋转变压器将电机位置信息通过解码芯片反馈给主控器件，是矢量控制闭环系统中重要环节。若是在运行过程中，各种干扰的存在影响了位置信息的准确性，则会导致电机运行不平稳，出现比较大的抖动，影响控制系统的准确性和安全性。所以为了保证电机稳定运行，对位置故障信息进行判断并滤除位置的干扰信息意义重大。

当前实际工程应用中，大部分电机控制器未做这部分干扰信息的处理内容，当出现干扰时电机运行不稳定，甚至会停机报故障。目前，有文章指出在出现干扰时，采用速度观测方法估计电机转子位置和转速。但是，这种方法计算复杂、对电机模型依赖程度高，不易实际工程实现，当电机参数有所变化时，其运行性能会变差。而且，在运行过程中突然切换到其他方法估算位置信息可能会出现电机运行不稳、失控等状况。中国专利CN103532451A，采用了利用相邻处理周期的转速差值判断位置信息是否异常，并通过上次的位置信息和转速信息估计当前的电机位置进行控制。首先，其得到的是电机位置信息，而对转速信息进行判断，并未从最根本的地方入手。其次，一般转速环要比电流环慢，这样其判断就存在滞后性，并不能判断出所有的故障。而且其对故障的处理时间十分有限，并不适用于长时间估算，也不太适用于转速突变(如加、减速)过程。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术缺陷。

发明内容

针对上述对位置故障信息处理方法的问题和不足之处，本发明提供了一种不依赖电机参数、性能可靠、适用范围广的旋转变压器位置故障信息判断以及故障信息处理方法。

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法，解决了现有技术存在的受外界干扰大、计算复杂、实施困难、适用范围小等技术缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法，包括以下步骤：

步骤一：求取电机相邻周期位置差值平均值并保存；

步骤二：计算可得出当前转速下相邻周期位置差值不应超过的值△θ_s；

步骤三：时刻保存保存几个周期内相邻周期的位置差值，并求平均值△θ_av，同时也保存无传感器方法计算出的几个相邻周期位置差值的平均值△θ_sav；

步骤四：计算出当前位置差值△θ_k；

步骤五：判断△θ_k是否处于△θ_s的范围内；若是，即执行步骤六；若否，执行步骤七；

步骤六：更新几个周期内相邻周期的位置差值的平均值△θ_av，然后执行步骤十；

步骤七：判断△θ_k是否超过△θ_s一定时间；若是，执行步骤八；若否，执行步骤九；

步骤八：采用加权方法缓慢退出计算，然后执行步骤十一；

步骤九：通过加权估算计算位置值，然后执行步骤十；

步骤十：执行矢量控制算法，然后执行步骤十一；

步骤十一：结束。

作为上述技术方案的改进，所述步骤九中的加权运算的计算公式为：

其中，中a、b为加权系数，a+b＝1；为加权运算估算当前位置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤一中的处理方法为：启动电机并在全速范围内运行，记录与转速无关的相邻周期转子位置差值波动情况并求取电机相邻周期位置差值平均值并保存。

作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤二中的处理方法为：利用电机系统的同步速及步骤一保存的相邻周期位置差值平均值，计算可得出当前转速下相邻周期位置差值不应超过的值△θ_s。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法，该种方法在应用时：在没有故障时，正常采用旋转变压器反馈回来的位置信息，并时时保存更新几个周期内的实际和无速度计算的相邻位置差值信息；当故障出现时，结合两者进行当前位置信息的估算。

通过本发明技术方案提供的方法，无论电机处于稳态运行状态，还是处于加减速状态，都能很好地判断出故障，并有效滤波故障信息，所得到的位置估计值在较长时间内符合系统稳定性要求。

该种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法具有抗干扰性能好、对故障信息的判断准确性高、精确度好、适用的范围也大。

总之，该种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法，解决了现有技术存在的受外界干扰大、计算复杂、实施困难、适用范围小等技术缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明的测试波形图；

图3是本发明在电机稳态运行下采集的波形图；

图4是本发明在电机加速运行下采集的波形图；

图5是本发明在电机减速运行下采集的波形图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合，参照图1。

为了实现上述目标，本发明提供一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法。其具体实现方法如下：

1、故障信息判断

实际中，不同系统相邻周期的位置差值波动大小会有所差别，所以在应用前本发明首先对所用电机进行全速范围内的运行，在此期间记录与转速无关的相邻周期转子位置差值波动情况，求取相邻周期位置差值平均值并保存。此平均值为判断旋变信息是否故障重要参考。

本发明利用自己系统中已有算法得到的电机的同步速，同步速可以时时估计转速的变化情况，采用该值参与运算能够保证本发明不仅适用于电机稳定运行状态的位置估计，也适用于电机变速运行状态下的位置估计。利用该值结合所保存的平均值，通过计算可得出当前转速下相邻周期位置差值不应超过的值△θ_s，将此值作为判断旋变信息是否故障的标准。当相邻周期内的位置差值超过此值时，则认为旋变有故障，进行相应的滤波处理，否则认为无故障出现。

2、故障信息处理

实际运行中，会时时刻刻保存几个周期内相邻周期的位置差值，并求平均值△θ_av，于此同时也会保存无传感器方法计算出的几个相邻周期位置差值的平均值△θ_sav。当故障出现时，即当前位置差值△θ_k超过一定范围时，则会根据上一时刻位置值θ_k-1、△θ_av和△θ_sav做相应加权运算估算当前位置计算公式为：

其中a、b为加权系数，a+b＝1。

整个运行中在不断更新△θ_sav，只有在无故障时才更新△θ_av。之后相应调节加权系数a、b可实现逐渐加大△θ_sav的比重，直至全部为△θ_sav。若干扰一直存在，则经过规定时间后认为误差超过一定范围，则上报故障，执行减速或停机命令等。若误差存在时间小于规定时间，则在误差消失的时刻对估计位置和实际反馈位置进行加权运算，得到当前位置值，再经过一定时间的加权系数调整，完全切换为实际旋变反馈位置值。

无速度控制方法通常含有滤波算法，这样会导致其位置在一定程度上滞后实际位置，致使电机运行效果不佳，所以若直接采用无速度计算出来的位置参与闭环系统，势必会影响电机运行性能。但是，这种方法虽然可能存在位置滞后，但其位置变化趋势与实际系统位置变化趋势相同，所以当故障出现时，可用无速度方法计算出来的位置偏差参与当前位置值的估算。当转速处于变化状态时，所得到的相邻周期的位置差值也随转速处于变化状态，这样通过相邻周期位置差值估算出来的当前周期的位置值更精确，适用性更高，所以与其他滤波方法相比就可以相应地加长故障信息处理的时间。

在故障出现时，采用加权位置的方法使比重慢慢偏向无速度方法得到的相邻周期的位置差值，是为了防止在切换过程中出现较大的数值波动，影响系统运行的稳定性。采用加权方法可使数据平滑过渡、性能稳定。在故障消失后，采用估计位置与实际位置加权的方法也是为了实现平滑过渡

具体参照图2，将旋转变压器信息反馈线放到EFT测试耦合夹中，运行电机，施加干扰，得到实际反馈的位置信息(线 1)，经过故障处理后的位置信息(线2)以及故障判断标志(线 2)如图2所示。可以看出对于这种偶然性、短周期内的干扰，本发明能够有效判断并准确估计出当前位置信息。

在电机运行过程中引入更长的干扰，导致旋转变压器反馈故障信息持续时间更长。此时分别在电机稳态运行过程中、电机加速过程中和电机减速过程中采集旋转变压器实际反馈位置信息和本发明的故障判断标志及故障处理后的位置信息。

在电机稳态运行、加速和减速工况下所采集波形分别如图 3、4、5所示。可以看出，在没有干扰时估算位置与实际位置相同，当故障出现时，实际位置波形明显出现波动，而估算位置效果良好，位置信息准确。证明采用本发明方法能够有效判断出故障信息，并且能够在较长时间内有效计算出位置数据，作为反馈信息参与闭环运算。当故障持续时间超过规定值后，缓慢退出位置估算，并上报故障信息，停机或减速运行

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：求取电机相邻周期位置差值平均值并保存；

步骤二：计算可得出当前转速下相邻周期位置差值不应超过的值Δθ_s；

步骤三：时刻保存几个周期内相邻周期的位置差值，并求平均值Δθ_av，同时也保存无传感器方法计算出的几个相邻周期位置差值的平均值Δθ_sav；

步骤四：计算出当前位置差值Δθ_k；

步骤五：判断Δθ_k是否处于Δθ_s的范围内；若是，即执行步骤六；若否，执行步骤七；

步骤六：更新几个周期内相邻周期的位置差值的平均值Δθ_av，然后执行步骤十；

步骤七：判断Δθ_k是否超过Δθ_s一定时间；若是，执行步骤八；

若否，执行步骤九；

步骤八：采用加权方法缓慢退出计算，然后执行步骤十一；

步骤九：通过加权运算估算位置值，然后执行步骤十；

步骤十：执行矢量控制算法，然后执行步骤十一；

步骤十一：结束；

所述步骤九中的加权运算的计算公式为：

其中，a、b为加权系数，a+b＝1，为加权运算估算的当前位置值，θ_k-1为上一时刻的位置值。

2.根据权利要求1所述的一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法，其特征在于：所述步骤一中的处理方法为：启动电机并在全速范围内运行，记录与转速无关的相邻周期转子位置差值波动情况并求取电机相邻周期位置差值平均值并保存。

3.根据权利要求1所述的一种旋转变压器位置故障信息判断及故障处理方法，其特征在于：所述步骤二中的处理方法为：利用电机系统的同步速及步骤一保存的相邻周期位置差值平均值，计算可得出当前转速下相邻周期位置差值不应超过的值△θs。