CN107832264A

CN107832264A - 一种电机设计的综合评价系统及评价方法

Info

Publication number: CN107832264A
Application number: CN201711220715.8A
Authority: CN
Inventors: 王洪涛; 韩梁; 宁世超
Original assignee: Ningde Normal University
Current assignee: Ningde Normal University
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2018-03-23

Abstract

本发明属于电机设计评价技术领域，公开了一种电机设计的综合评价系统及评价方法，包括数据采集模块获取的模拟量电信号转换为数字量信号，并发送给主控模块；转速检测模块，与数据采集模块连接，用于对电机的转速进行实时检测；电磁信息采集模块，与数据采集模块连接，用于对电机的电磁信息进行实时检测；主控模块，与数据采集模块、模糊综合评价模块、显示模块连接，用于根据数据采集模块采集的电机参数数据通过模糊综合评价模块对电机进行综合评价。本发明的可靠性高、可操作性好，使评估结果能更客观真实地反映电机设计工程实际；同时本发明能对设计的电机进行更全面、更准确、更有效、更合理地综合评价，有利于为设计者提供较好的指导意见。

Description

一种电机设计的综合评价系统及评价方法

技术领域

本发明属于电机设计评价技术领域，尤其涉及一种电机设计的综合评价系统及评价方法。

背景技术

目前的在役电机安全评定多采用单一角度评定的方式，从理论方面得出在役电机是否能安全工作的结论，且不能综合各方面因素解决它的安全程度问题。具体如下：缺陷的检测、量化不准确；采用单一角度评定的方式，过分依赖或现场数据，不能综合考虑影响在役电机安全性的所有主要因素，并明确各影响的相互联系，与实际情况不符；评定的结果只是从理论上得出是否能安全工作的结论，不能解决安全程度问题，更不能动态监测灾害的变化趋势，以便更好、更准确的及时发现灾害，做到提前预防。以上问题都会使安全评估结果不理想，其结果往往是：评估的理论结果还在安全许可内，而实际上电机已经失效、不能使用。传统的电机设计综合评价系统通常其采集单元只有电机转速检测电路与电流电压检测单元，只对电机的转速性能与电流电压状态等进行评价，却未考虑对电机设计有着重要作用的电机电磁信息与电机工艺信息进行采集与评价。从而可知，传统的电机设计综合评价系统未能对设计的电机进行比较全面、准确、合理地综合评价。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统的电机设计综合评价系统采用单一角度评定的方式，不能综合考虑影响在役电机安全性的所有主要因素，并明确各影响的相互联系，与实际情况不符；同时通采集单元只有电机转速检测电路与电流电压检测单元，只对电机的转速性能与电流电压状态等进行评价，却未考虑对电机设计有着重要作用的电机电磁信息与电机工艺信息进行采集与评价。从而可知，传统的电机设计综合评价系统未能对设计的电机进行比较全面、准确、合理地综合评价。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电机设计的综合评价系统及评价方法。

本发明是这样实现的，电机设计的综合评价系统包括：

数据采集模块获取的模拟量电信号转换为数字量信号，并发送给主控模块；

转速检测模块，与数据采集模块连接，用于对电机的转速进行实时检测；

电流电压检测模块，与数据采集模块连接，用于对电机的电流和电压进行实时检测；

电磁信息采集模块，与数据采集模块连接，用于对电机的电磁信息进行实时检测；

磁记忆检测模块，与数据采集模块连接，用于检测在役电机缺陷，通过计算公式来实现缺陷的量化；采用磁记忆的检测结果对在役电机进行平面缺陷的评定；

主控模块，与数据采集模块、模糊综合评价模块、显示模块连接，用于根据数据采集模块采集的电机参数数据通过模糊综合评价模块对电机进行综合评价；

模糊综合评价模块，与主控模块连接，用子建立综合评价判断矩阵，根据每一失效因素对电机的损伤率及其对电机安全影响的权重计算总的损伤率，明确各影响的相互联系，作出综合性安全评价；

为了对各评价指标进行定量分析需要确定各指标的评价集，采用5级百分制评价把评价集V划分5个评价等级，即V＝{v₁，v₂，v₃，v₄，v₅}＝{极小，很小，小，较大，大}，其中v₁为待测电机多因素损伤率极小，评分区间为90～100，中值为95；v₂为损伤率很小，评分区间为80～89，中值为84.5；依此类推；选择各区间的中值作为等级的参数，则5个等级所对应的参数为{95，84.5，74.5，64.5，49.5}，参数列向量为v＝{95，84.5，74.5，64.5，49.5}^T；

建立权重集：

(1)建立递阶层次结构：

根据建立的待测电机多因素损伤率评价因素集即评价指标体系，将问题所包含的各因素分为四个层次：第一层是评价的总目标层G，即待测电机综合安全；第二层是准则层C，即缺陷，重要部件，材质和内部环境；最后将个具体指标作为第三层，即指标层P；

(2)构造两两比较判断矩阵：

根据1～9标度法逐层对各个要素两两之间进行重要性程度赋值，构造判断矩阵U＝(u_ij)_n×n，其中u_ij表示因素u_i和u_j相对于准则层的重要值，矩阵U具有性质：u_ii＝1，u_ij＝1/u_ji，i，j＝1，2，…，n，得出判断矩阵：将矩阵X¹～X⁵按列归一化，即：

计算出矩阵Y为：

(3)单一准则下元素相对权重的计算：

将Y矩阵按行相加，由公式得出：

W¹＝(2.652 0.686 0.253 0.409)^T

W²＝(1 1)^T

W³＝(1.273 0.371 0.221 2.135)^T

W⁴＝(1.9 0.319 0.781)^T

W⁵＝(2.121 0.604 0.275)^T

将得到的和向量进行归一化处理，由公式可得权向量：

(4)判断矩阵的一致性检验：

计算判断矩阵的最大特征根λ_max，由公式计算得出：

根据公式进行一致性检验，得到：

CI¹＝0.019

CI²＝0

CI³＝0.031

CI⁴＝0.020

CI⁵＝0.048

由公式得：

CR¹＝0.022

CR²＝0

CR³＝0.035

CR⁴＝0.038

CR⁵＝0.092

CR＜0.1，均满足一致性要求，因此各因素的相对权重

显示模块，与模糊综合评价模块连接，用于通过智能显示设备对电机综合评价进行显示。

进一步，判断矩阵的一致性检验后还需进行：

隶属度计算：

多位使用频数统计法，对被评价的各项指标按评价集对在待测电机各项指标的损伤率程度进行评级，得到因素集的隶属度。

进一步，得到因素集的隶属度后，确定评判隶属矩阵：

由得到第k个因素集的相对隶属度矩阵：

其中：

式中：R_k-第k个因素集的相对隶属度矩阵；

r_kij-第k个因素集的第i个因素属于评价集中的j的隶属度；

p_kij-组成员对第k个因素集的第i个因素指标评级为j的频数；

构造模糊评判矩阵：

由各指标的权向量和矩阵R可构造模糊评判矩阵B，

计算综合评判结果：

由模糊评判矩阵B和评价集的参数列向量，可求得综合评判结果Z；

Z＝B·V

由上式可得到模糊综合评价的结果，再根据评价等级规定，可以评定待测电机损伤率大小。

进一步，所述磁记忆检测模块检测结果对在役电机进行平面缺陷的评定包括：

缺陷的检测：使用金属磁记忆检测仪对在役电机进行全方位检测，采用通道补偿背景磁场抑制方法，平行排布的传感器用于检测，传感器用于补偿背景磁场；

平面缺陷的量化：将检测数据代入发明公式来计算平面缺陷的长度：

l_max＝max[|x₂-x₁|，|x₄-x₃|，|x₆-x₅|]；

l_min＝min[|x₂-x₁|，|x₄-x₃|，|x₆-x₅|]；

式中：x₁-第一通道法向分量波峰位置；

x₂-第一通道法向分量波谷位置；

x₃-第二通道法向分量波峰位置；

x₄-第二通道法向分量波谷位置；

x₅-第三通道法向分量波峰位置；

x₆-第三通道法向分量波谷位置；

l_max-第一、二、三通道法向分量波峰与波谷之间距离的最大值；

l_min-第一、二、三通道法向分量波峰与波谷之间距离的最小值；

l-平面缺陷的长度；

将检测数据代入发明公式来计算平面缺陷的深度：

h＝0.048Hp_ymax-0.9955k-0.1343；

式中：Hp_ymax-磁记忆检测仪第一、二、三通道中磁场法向分量的最大值；

k-磁记忆检测仪第一、二、三通道中磁场梯度的最大值；

h-平面缺陷的深度；

本发明另一目的在于提供一种电机设计的综合评价系统及评价方法，包括以下步骤：

步骤一，转速检测模块、电流电压检测模块、电磁信息采集模块、磁记忆检测模块将检测的信息数据通过数据采集模块转换为数字量信号，并发送给主控模块；

步骤二，主控模块根据数据采集模块采集的电机参数数据通过模糊综合评价模块对电机进行综合评价；

步骤三，通过模糊综合评价模块建立综合评价判断矩阵，根据每一失效因素对电机的损伤率及其对电机安全影响的权重计算总的损伤率，明确各影响的相互联系，作出综合性安全评价；

步骤四，通过显示模块对电机综合评价进行显示。

本发明的优点及积极效果为：本发明的可靠性高、可操作性好，使评估结果能更客观真实地反映电机设计工程实际；同时本发明能对设计的电机进行更全面、更准确、更有效、更合理地综合评价，有利于为设计者提供较好的指导意见，同时也有利于决策者更客观、更清楚地认识设计的电机，有益于做出正确有效的决策。

采用模糊综合评价系统，定量化与定性分析相结合，结合工程实际建立评价集，建立综合评价判断矩阵，根据每一失效因素对待测电机损伤率及其安全影响的权重计算总的损伤率，摒弃采用单一角度评定、过分依赖或现场数据的方式，综合考虑影响待测电机安全性的所有主要因素，并明确各影响的相互联系，在此基础上作出综合性评价；不仅能正确得出是否能安全工作的结论，还能解决安全程度的问题；简化评价过程，消除评价的主观随意性，便于普通的工程技术人员应用于工程实际。本发明的可靠性高、可操作性好，使评估结果能更客观真实地反映设计实际。

附图说明

图1是本发明实施提供的电机设计的综合评价系统框图。

图2是本发明实施提供的电机设计的综合评价方法流程图。

图中：1、转速检测模块；2、电流电压检测模块；3、电磁信息采集模块；4、磁记忆检测模块；5、数据采集模块；6、主控模块；7、模糊综合评价模块；8、显示模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明提供一种电机设计的综合评价系统包括：转速检测模块1、电流电压检测模块2、电磁信息采集模块3、磁记忆检测模块4、数据采集模块5、主控模块6、模糊综合评价模块7、显示模块8。

转速检测模块1、电流电压检测模块2、电磁信息采集模块3、磁记忆检测模块4分别通过电路线连接数据采集模块5；数据采集模块5通过电路线连接主控模块6；主控模块6通过电路线连接模糊综合评价模块7、显示模块8。

转速检测模块1，与数据采集模块5连接，用于对电机的转速进行实时检测；

电流电压检测模块2，与数据采集模块5连接，用于对电机的电流和电压进行实时检测；

电磁信息采集模块3，与数据采集模块5连接，用于对电机的电磁信息进行实时检测；

磁记忆检测模块4，与数据采集模块5连接，用于检测在役电机缺陷，通过计算公式来实现缺陷的量化；采用磁记忆的检测结果对在役电机进行平面缺陷的评定；

数据采集模块5，与转速检测模块1、电流电压检测模块2、电磁信息采集模块3、磁记忆检测模块4、主控模块6、连接，用于将转速检测模块1、电流电压检测模块2、电磁信息采集模块3、磁记忆检测模块4获取的模拟量电信号转换为数字量信号，并发送给主控模块6；

主控模块6，与数据采集模块5、模糊综合评价模块7、显示模块8连接，用于根据数据采集模块5采集的电机参数数据通过模糊综合评价模块7对电机进行综合评价；

模糊综合评价模块7，与主控模块6连接，用于建立综合评价判断矩阵，根据每一失效因素对电机的损伤率及其对电机安全影响的权重计算总的损伤率，明确各影响的相互联系，作出综合性安全评价；

显示模块8，与模糊综合评价模块7连接，用于通过智能显示设备对电机综合评价进行显示。

建立权重集：

(1)建立递阶层次结构：

(2)构造两两比较判断矩阵：

计算出矩阵Y为：

(3)单一准则下元素相对权重的计算：

将Y矩阵按行相加，由公式得出：

W¹＝(2.652 0.686 0.253 0.409)^T

W²＝(1 1)^T

W³＝(1.273 0.371 0.221 2.135)^T

W⁴＝(1.9 0.319 0.781)^T

W⁵＝(2.121 0.604 0.275)^T

将得到的和向量进行归一化处理，由公式可得权向量：

(4)判断矩阵的一致性检验：

计算判断矩阵的最大特征根λ_max，由公式计算得出：

根据公式进行一致性检验，得到：

CI¹＝0.019

CI²＝0

CI³＝0.031

CI⁴＝0.020

CI⁵＝0.048

由公式得：

CR¹＝0.022

CR²＝0

CR³＝0.035

CR⁴＝0.038

CR⁵＝0.092

CR＜0.1，均满足一致性要求，因此各因素的相对权重

判断矩阵的一致性检验后还需进行：

隶属度计算：

得到因素集的隶属度后，确定评判隶属矩阵：

由得到第k个因素集的相对隶属度矩阵：

其中：

式中：R_k-第k个因素集的相对隶属度矩阵；

r_kij-第k个因素集的第i个因素属于评价集中的j的隶属度；

p_kij-组成员对第k个因素集的第i个因素指标评级为j的频数；

构造模糊评判矩阵：

由各指标的权向量和矩阵R可构造模糊评判矩阵B，

计算综合评判结果：

Z＝B·V

如图2所示，一种电机设计的综合评价方法包括以下步骤：

步骤S101，转速检测模块、电流电压检测模块、电磁信息采集模块、磁记忆检测模块将检测的信息数据通过数据采集模块转换为数字量信号，并发送给主控模块；

步骤S102，主控模块根据数据采集模块采集的电机参数数据通过模糊综合评价模块对电机进行综合评价；

步骤S103，通过模糊综合评价模块建立综合评价判断矩阵，根据每一失效因素对电机的损伤率及其对电机安全影响的权重计算总的损伤率，明确各影响的相互联系，作出综合性安全评价；

步骤S104，通过显示模块对电机综合评价进行显示。

本发明提供的磁记忆检测模块检测结果对在役电机进行平面缺陷的评定包括：

缺陷的检测：使用TSC-2M-8型金属磁记忆检测仪对在役电机进行全方位检测，采用通道补偿背景磁场抑制方法，平行排布的传感器用于检测，传感器用于补偿背景磁场；

l_max＝max[|x₂-x₁|，|x₄-x₃|，|x₆-x₅|]；

l_min＝min[|x₂-x₁|，|x₄-x₃|，|x₆-x₅|]；

式中：x₁-第一通道法向分量波峰位置；

x₂-第一通道法向分量波谷位置；

x₃-第二通道法向分量波峰位置；

x₄-第二通道法向分量波谷位置；

x₅-第三通道法向分量波峰位置；

x₆-第三通道法向分量波谷位置；

l-平面缺陷的长度；

将检测数据代入发明公式来计算平面缺陷的深度：

h＝0.048Hp_ymax-0.9955k-0.1343；

k-磁记忆检测仪第一、二、三通道中磁场梯度的最大值；

h-平面缺陷的深度；

模糊综合评价模块，包括：建立因素集、建立评价集、建立权重集。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电机设计的综合评价系统，其特征在于，所述电机设计的综合评价系统包括：

模糊综合评价模块，与主控模块连接，用于建立综合评价判断矩阵，根据每一失效因素对电机的损伤率及其对电机安全影响的权重计算总的损伤率，明确各影响的相互联系，作出综合性安全评价；

建立权重集：

(1)建立递阶层次结构：

(2)构造两两比较判断矩阵：

<mrow> <msub> <mi>y</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>I</mi> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>,</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>...</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

计算出矩阵Y为：

(3)单一准则下元素相对权重的计算：

将Y矩阵按行相加，由公式得出：

W¹＝(2.652 0.686 0.253 0.409)^T

W²＝(1 1)^T

W³＝(1.273 0.371 0.221 2.135)^T

W⁴＝(1.9 0.319 0.781)^T

W⁵＝(2.121 0.604 0.275)^T

将得到的和向量进行归一化处理，由公式可得权向量：

<mrow> <msup> <mover> <mi>W</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mfenced open = "(" close = ")"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0.663</mn> </mtd> <mtd> <mn>0.172</mn> </mtd> <mtd> <mn>0.063</mn> </mtd> <mtd> <mn>0.102</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mi>T</mi> </msup> </mrow>

<mrow> <msup> <mover> <mi>W</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mn>2</mn> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mfenced open = "(" close = ")"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0.5</mn> </mtd> <mtd> <mn>0.5</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mi>T</mi> </msup> </mrow>

<mrow> <msup> <mover> <mi>W</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mn>3</mn> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mfenced open = "(" close = ")"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0.381</mn> </mtd> <mtd> <mn>0.093</mn> </mtd> <mtd> <mn>0.055</mn> </mtd> <mtd> <mn>0.534</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mi>T</mi> </msup> </mrow>

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<mrow> <msup> <mover> <mi>W</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mn>5</mn> </msup> <mo>=</mo> <msup> <mfenced open = "(" close = ")"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0.707</mn> </mtd> <mtd> <mn>0.201</mn> </mtd> <mtd> <mn>0.092</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mi>T</mi> </msup> </mrow>

(4)判断矩阵的一致性检验：

计算判断矩阵的最大特征根λ_max，由公式计算得出：

<mrow> <msubsup> <mover> <mi>&lambda;</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mi>max</mi> <mn>1</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>4.085</mn> </mrow>

<mrow> <msubsup> <mover> <mi>&lambda;</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>2</mn> </mrow>

<mrow> <msubsup> <mover> <mi>&lambda;</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mn>3</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>4.031</mn> </mrow>

<mrow> <msubsup> <mover> <mi>&lambda;</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mn>4</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>0.304</mn> </mrow>

<mrow> <msubsup> <mover> <mi>&lambda;</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mi>max</mi> <mn>5</mn> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>3.096</mn> </mrow>

根据公式进行一致性检验，得到：

CI¹＝0.019

CI²＝0

CI³＝0.031

CI⁴＝0.020

CI⁵＝0.048

由公式得：

CR¹＝0.022

CR²＝0

CR³＝0.035

CR⁴＝0.038

CR⁵＝0.092

CR＜0.1，均满足一致性要求，因此各因素的相对权重

2.如权利要求1所述的电机设计的综合评价系统，其特征在于，判断矩阵的一致性检验后还需进行：

隶属度计算：

3.如权利要求2所述的电机设计的综合评价系统，其特征在于，得到因素集的隶属度后，确定评判隶属矩阵：

由得到第k个因素集的相对隶属度矩阵：

其中：

式中：R_k-第k个因素集的相对隶属度矩阵；

r_kij-第k个因素集的第i个因素属于评价集中的j的隶属度；

p_kij-组成员对第k个因素集的第i个因素指标评级为j的频数；

构造模糊评判矩阵：

由各指标的权向量和矩阵R可构造模糊评判矩阵B，

<mrow> <mi>B</mi> <mo>=</mo> <mover> <mi>W</mi> <mo>&RightArrow;</mo> </mover> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>R</mi> </mrow>

计算综合评判结果：

Z＝B·V

4.如权利要求1所述的电机设计的综合评价系统，其特征在于，所述磁记忆检测模块检测结果对在役电机进行平面缺陷的评定包括：

l_max＝max[|x₂-x₁|，|x₄-x₃|，|x₆-x₅|]；

l_min＝min[|x₂-x₁|，|x₄-x₃|，|x₆-x₅|]；

式中：x₁-第一通道法向分量波峰位置；

x₂-第一通道法向分量波谷位置；

x₃-第二通道法向分量波峰位置；

x₄-第二通道法向分量波谷位置；

x₅-第三通道法向分量波峰位置；

x₆-第三通道法向分量波谷位置；

l-平面缺陷的长度；

将检测数据代入发明公式来计算平面缺陷的深度：

h＝0.048Hp_ymax-0.9955k-0.1343；

k-磁记忆检测仪第一、二、三通道中磁场梯度的最大值；

h-平面缺陷的深度。

5.如权利要求1所述的电机设计的综合评价系统，其特征在于，所述电机设计的综合评价系统的评价方法包括以下步骤：

步骤四，通过显示模块对电机综合评价进行显示。