CN111162702A - 一种基于数学建模的检测数据分析方法和系统 - Google Patents

一种基于数学建模的检测数据分析方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于数学建模的检测数据分析方法和系统，分析方法包括如下步骤：建立用于计算两个正弦波之间波形相似度的数学模型；对待测三级式同步电机进行标定实验，得到标定电流信号集中各标定电流信号波与标定位置集中各标定位置之间的对应关系；向待测三级式同步电机主电机的定子注入设定高频信号，然后检测其主励磁机定子的电流信号，将其拟合成正弦波，得到测试信号波；采用所述数学模型计算测试信号波与标定电流信号波集中各标定电流信号波之间的相似度，将与测试信号波相似度最大的标定电流信号波所对应的标定位置作为主电机转子所在的位置。本发明所提供的技术方案，能够解决现有技术中对三级式同步电机转子位置检测不准确的问题。

Description

一种基于数学建模的检测数据分析方法和系统
技术领域
本发明属于电机检测数据分析技术领域，具体涉及一种基于数学建模的检测数据分析方法和系统。
背景技术
随着经济和科技的迅速发展，工业技术的快速提升，电机系统在工业、家用电器、航空航天、交通运输、油田等领域应用广泛。一般认为，电机是将电能转化为机械能的执行装置，其稳定运行是决定装备正常工作的必要条件。
三级式交流起动/发电系统在当前航空电机中扮演重要角色，系统的起动/发电一体化功能可减少一套启动装置，减轻飞机重量，提高系统的运行稳定性。随着三级式交流起动/发电系统在多电飞机中的逐步应用，无位置传感器转子位置估计成为目前航空电机研究的热点之一。
全电飞机的发展为三级式交流起动/发电系统提出了更高的要求，以无位置传感器转子为代表的新型三级式同步电机系统优势明显，其可在不需要位置传感器的情况下获得转子位置，降低系统成本，消除因位置传感器故障带来的系统风险，研究在无位置传感器的情况下获得转子初始位置信息，具有较高的价值和意义。
目前对三级式交流电机定子初始位置的检测方法主要有三种，第一种是将电励磁转子同步启动/发电机的结构视为一个旋转变压器，将旋转电压信号注入主发电机的定子，检测主励磁机的励磁电流，然后处理电流信号以估计主发电机的转子位置；第二种是首先向估计的d轴注入高频方波电压通过电流传感器得到高频电流响应；然后将估计的q轴电流响应分解，将其与固定频率余弦调制波相乘后经低通滤波器得到转子位置误差，再通过位置跟踪器得到转子位置初始值；最后基于磁路饱和效应通过外加电流偏置法进行磁极极性辨识；第三种是高频信号注入法，即将脉振信号、旋转信号等高频信号注入到主电机的定子后检测主励磁机定子输出的高频信号，根据检测到的高频信号来确定主电机转子的初始位置。
上述三种方法中高频信号注入法与另外两种相比具有操作简单、效率高的优势，但是现有的高频注入法对主电机转子初始位置检测的结果准确性较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于数学建模的检测数据分析方法和系统，用于解决现有技术中在检测三级式同步发电机主电机位置时检测不准确的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于数学建模的检测数据分析方法，包括如下步骤：
(1)建立用于计算两个正弦波之间波形相似度的数学模型；
(2)对待测三级式同步电机进行标定实验：
首先建立包含主电机转子标定位置的标定位置集，然后分别当主电机转子设置在各标定位置上时对主励磁机定子上的电流信号进行多次检测，并将其拟合成正弦波信号，将其作为标定电流信号波，形成标定电流信号波集，得到标定电流信号集中各标定电流信号波与标定位置集中各标定位置之间的对应关系；
(3)向待测三级式同步电机主电机的定子注入设定高频信号，然后检测其主励磁机定子的电流信号，将其拟合成正弦波，得到测试信号波；
(4)采用所述数学模型计算测试信号波与标定电流信号波集中各标定电流信号波之间的相似度，将与测试信号波相似度最大的标定电流信号波所对应的标定位置作为主电机转子所在的位置。
进一步的，所述数学模型为：
Figure BDA0002386292200000031
Figure BDA0002386292200000032
Figure BDA0002386292200000033
Figure BDA0002386292200000034
其中p为两段波形之间的相似度，pi为两个波形性上第i个采样点之间的相似度，pi1为两段波形上第i个采样点幅值的相似度，pi2为两段波形上第i个采样点导数的相似度，λ1和λ2分别为采样点幅值相似度的权重和导数相似度的权重，mia和mib分别是两个波形中第i个采样点的幅值，αia和αib分别是两个波形中第i个采样点的导数。
进一步的，计算出测试信号与标定电流信号机中各标定电流信号波之间的相似度后，如果各相似度均不大于设定相似度，则判断为检测到测试电流信号波出现错误。
进一步的，检测到电流信号后，先判断其是否异常，如果存在则将其删除。
一种基于数学建模的检测数据分析系统，包括处理器和存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序；处理器执行所述计算机程序时，实现如下控制方法：
(1)建立用于计算两个正弦波之间波形相似度的数学模型；
(2)对待测三级式同步电机进行标定实验：
首先建立包含主电机转子标定位置的标定位置集，然后分别当主电机转子设置在各标定位置上时对主励磁机定子上的电流信号进行多次检测，并将其拟合成正弦波信号，将其作为标定电流信号波，形成标定电流信号波集，得到标定电流信号集中各标定电流信号波与标定位置集中各标定位置之间的对应关系；
(3)向待测三级式同步电机主电机的定子注入设定高频信号，然后检测其主励磁机定子的电流信号，将其拟合成正弦波，得到测试信号波；
(4)采用所述数学模型计算测试信号波与标定电流信号波集中各标定电流信号波之间的相似度，将与测试信号波相似度最大的标定电流信号波所对应的标定位置作为主电机转子所在的位置。
进一步的，所述数学模型为：
Figure BDA0002386292200000041
Figure BDA0002386292200000042
Figure BDA0002386292200000043
Figure BDA0002386292200000044
其中p为两段波形之间的相似度，pi为两个波形性上第i个采样点之间的相似度，pi1为两段波形上第i个采样点幅值的相似度，pi2为两段波形上第i个采样点导数的相似度，λ1和λ2分别为采样点幅值相似度的权重和导数相似度的权重，mia和mib分别是两个波形中第i个采样点的幅值，αia和αib分别是两个波形中第i个采样点的导数。
进一步的，计算出测试信号与标定电流信号机中各标定电流信号波之间的相似度后，如果各相似度均不大于设定相似度，则判断为检测到测试电流信号波出现错误。
进一步的，检测到电流信号后，先判断其是否异常，如果存在则将其删除。
本发明的有益效果：本发明所提供的技术方案，采用注入设定高频信号的方法，结合用于计算波形相似度的数学模型，得到三级式同步电机转子的位置，从而提高对三级式同步电机转子位置检测的准确性，解决现有技术中对三级式同步电机转子位置检测不准确的问题。
附图说明
图1是本发明方法实施例中三级式同步电机的结构示意图；
图2是本发明方法实施例中基于数学建模的检测数据分析方法的流程图。
具体实施方式
方法实施例：
本实施例提供一种基于数学建模的检测数据分析方法，用于对三级式同步电机转子的位置进行检测，解决现有技术中对三级式同步电机转子位置检测不准确的问题。
本实施例所提供的基于数学建模的检测数据分析方法，用于检测的三级式同步电机系统如图1所示，包括主发电机、主励磁机和负励磁机，其流程如图2所示，包括如下步骤：
(1)建立用于计算两个正弦波之间波形相似度的数学模型。
由于本实施例中的数学模型是用于计算电机电流的数学模型，而电机电流为正弦波信号，因此本实施例中的数学模型为计算两个正弦波之间相似度的数学模型。
首先在两个正弦波上分别取n个采样点，n为不小于2的整数；相邻两个采样点之间相差的时间长度相同，并且两段波形上第一个采样点对应的时间与正弦波起始时间之间的时间差均为设定时间t，即取采样点时第一个采样点均从对应正弦波上的时间t开始。
本实施例中根据各采样点建立的数学模型为：
Figure BDA0002386292200000061
其中
Figure BDA0002386292200000062
Figure BDA0002386292200000063
Figure BDA0002386292200000064
其中p为两段波形之间的相似度，pi为两个波形性上第i个采样点之间的相似度，pi1为两段波形上第i个采样点幅值的相似度，pi2为两段波形上第i个采样点导数的相似度，λ1和λ2分别为采样点幅值相似度的权重和导数相似度的权重，mia和mib分别是两个波形中第i个采样点的幅值，αia和αib分别是两个波形中第i个采样点的导数。
(2)对待测三级式同步电机进行标定实验，标定实验方法为：
首先建立标定位置集。标定位置集中包含主电机转子的标定位置，标定位置在设定位置范围内取值，本实施例中标定位置集中的标定位置在0到90度之间取值，每间隔0.5度设定一个标定位置，集标定位置集为{0，0.5，1，……，89.5，90}。
然后将主电机的转子设置在标定位置集中的各标定位置上，并向主电机的定子注入设定高频信号，分别当主电机转子设置在各标定位置上时对主励磁机定子上的电流信号进行多次检测，并将检测到的电流信号拟合成正弦波信号，将其作为标定电流信号波，形成标定电流信号波集，得到标定电流信号波集中各标定电流信号波与标定位置集中各标定位置之间的对应关系。
(3)向待测三级式同步电机主电机的定子注入设定高频信号，然后检测其主励磁机定子的电流信号，将其拟合成正弦波，并该正弦波其作为测试信号波。
(4)根据所建立的数学模型计算测试信号波与标定电流信号集中相似度最大的标定电流信号波，将该标定电流信号波在标定位置集中对应的标定位置作为待测三级式同步电机主电机转子的位置。
进一步的，计算出测试信号与标定电流信号机中各标定电流信号波之间的相似度后，如果各相似度均不大于设定相似度，则判断为检测到测试电流信号波出现错误。
进一步的，在检测到电流信号之后，首先判断其中是否存在异常数据，如果存在则将其删除，然后将正确的数据与正弦波函数进行拟合，得到电流信号的正弦波形。
判断电流信号是否异常的方法为：
判断各时刻的电流信号是否均大于前一时刻的电流信号并小于后一时刻的电流信号，或者均小于前一时刻的电流信号并大于后一时刻的电流信号；
如果是，则判断为该时刻的电流信号正常；
如果不是，则判断该时刻前各时刻的电流信号逐渐增加且该时刻后的各时刻的电流信号逐渐减小，或者该时刻前各时刻的电流信号逐渐减小且该时刻后的各时刻的电流信号逐渐增加；
如果是，则判断为该时刻的电流信号正常，否则判断为该时刻的电流信号异常，将其删除。
系统实施例：
本实施例提供一种基于数学建模的检测数据分析系统，包括处理器和存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序，处理器执行该计算机程序时，实现如上述方法实施例中所提供的基于数学建模的检测数据分析方法。
以上公开的本发明的实施例只是用于帮助阐明本发明的技术方案，并没有尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于数学建模的检测数据分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立用于计算两个正弦波之间波形相似度的数学模型；
(2)对待测三级式同步电机进行标定实验：
首先建立包含主电机转子标定位置的标定位置集，然后分别当主电机转子设置在各标定位置上时对主励磁机定子上的电流信号进行多次检测，并将其拟合成正弦波信号，将其作为标定电流信号波，形成标定电流信号波集，得到标定电流信号集中各标定电流信号波与标定位置集中各标定位置之间的对应关系；
(3)向待测三级式同步电机主电机的定子注入设定高频信号，然后检测其主励磁机定子的电流信号，将其拟合成正弦波，得到测试信号波；
(4)采用所述数学模型计算测试信号波与标定电流信号波集中各标定电流信号波之间的相似度，将与测试信号波相似度最大的标定电流信号波所对应的标定位置作为主电机转子所在的位置。
2.根据权利要求1所述的基于数学建模的检测数据分析方法，其特征在于，所述数学模型为：
Figure FDA0002386292190000011
Figure FDA0002386292190000012
Figure FDA0002386292190000013
Figure FDA0002386292190000014
其中p为两段波形之间的相似度，pi为两个波形性上第i个采样点之间的相似度，pi1为两段波形上第i个采样点幅值的相似度，pi2为两段波形上第i个采样点导数的相似度，λ1和λ2分别为采样点幅值相似度的权重和导数相似度的权重，mia和mib分别是两个波形中第i个采样点的幅值，αia和αib分别是两个波形中第i个采样点的导数。
3.根据权利要求1所述的基于数学建模的检测数据分析方法，其特征在于，计算出测试信号与标定电流信号机中各标定电流信号波之间的相似度后，如果各相似度均不大于设定相似度，则判断为检测到测试电流信号波出现错误。
4.根据权利要求1所述的基于数学建模的检测数据分析方法，其特征在于，检测到电流信号后，先判断其是否异常，如果存在则将其删除。
5.一种基于数学建模的检测数据分析系统，包括处理器和存储器，存储器上存储有用于在处理器上执行的计算机程序；其特征在于，处理器执行所述计算机程序时，实现如下控制方法：
(1)建立用于计算两个正弦波之间波形相似度的数学模型；
(2)对待测三级式同步电机进行标定实验：
首先建立包含主电机转子标定位置的标定位置集，然后分别当主电机转子设置在各标定位置上时对主励磁机定子上的电流信号进行多次检测，并将其拟合成正弦波信号，将其作为标定电流信号波，形成标定电流信号波集，得到标定电流信号集中各标定电流信号波与标定位置集中各标定位置之间的对应关系；
(3)向待测三级式同步电机主电机的定子注入设定高频信号，然后检测其主励磁机定子的电流信号，将其拟合成正弦波，得到测试信号波；
(4)采用所述数学模型计算测试信号波与标定电流信号波集中各标定电流信号波之间的相似度，将与测试信号波相似度最大的标定电流信号波所对应的标定位置作为主电机转子所在的位置。
6.根据权利要求5所述的基于数学建模的检测数据分析系统，其特征在于，所述数学模型为：
Figure FDA0002386292190000031
Figure FDA0002386292190000032
Figure FDA0002386292190000033
Figure FDA0002386292190000034
其中p为两段波形之间的相似度，pi为两个波形性上第i个采样点之间的相似度，pi1为两段波形上第i个采样点幅值的相似度，pi2为两段波形上第i个采样点导数的相似度，λ1和λ2分别为采样点幅值相似度的权重和导数相似度的权重，mia和mib分别是两个波形中第i个采样点的幅值，αia和αib分别是两个波形中第i个采样点的导数。
7.根据权利要求5所述的基于数学建模的检测数据分析系统，其特征在于，计算出测试信号与标定电流信号机中各标定电流信号波之间的相似度后，如果各相似度均不大于设定相似度，则判断为检测到测试电流信号波出现错误。
8.根据权利要求5所述的基于数学建模的检测数据分析系统，其特征在于，检测到电流信号后，先判断其是否异常，如果存在则将其删除。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001309683A (ja) * 2000-04-25 2001-11-02 Matsushita Refrig Co Ltd 冷蔵庫
CN108594062A (zh) * 2018-06-04 2018-09-28 广西电网有限责任公司桂林供电局 一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法及系统
CN109142963A (zh) * 2018-06-05 2019-01-04 广西电网有限责任公司桂林供电局 一种匝间短路故障定位系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001309683A (ja) * 2000-04-25 2001-11-02 Matsushita Refrig Co Ltd 冷蔵庫
CN108594062A (zh) * 2018-06-04 2018-09-28 广西电网有限责任公司桂林供电局 一种基于特征波形相似度的匝间短路故障定位方法及系统
CN109142963A (zh) * 2018-06-05 2019-01-04 广西电网有限责任公司桂林供电局 一种匝间短路故障定位系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李合龙 等: "《基于平均包络线匹配算法的端点效应分析及在股价趋势分解中的应用》", 《系统工程理论与实践》 *

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