CN113064076A - 电机稳态的判断方法及系统 - Google Patents

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李明伟
张伟峰
许佩
毛爱龙
李秀芳
许强
栗勇伟
张要朋
董云成
兑幸福
周政伟
丁松峰
吴军伟
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Abstract

本发明公开了一种电机稳态的判断方法及系统，所述方法包括：根据与工况文件对应的特征文件得到工况配置时长；在工况配置时长满足要求时，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，其中，第一方差评价指标与相邻两个采样时间点的实际数据之差对应，第二方差评价指标与表示同一采样时间点的实际数据和滤波后的数据之差对应；根据若干单个变量的稳态结果得到电机整体运行状态的稳态结果。本发明基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到单个变量的稳态结果，参数易获取，无需专业电机学领域知识，针对缺少相关稳态参数甚至缺乏专业知识的情况，能够通过统计学方法对电机运行状态进行识别。

Description

电机稳态的判断方法及系统
技术领域
本发明涉及工业实时数据分析技术领域，尤其涉及一种电机稳态的判断方法及系统。
背景技术
随着智能制造的普及和物联网、大数据技术的发展，针对工业设备的状态监测变得日趋重要，而工业设备的状态监测需要对传感器采集数据进行实时分析，通常在数据分析过程中，只关注处于稳态的数据，所以如何对实时数据进行稳态识别就成了后续分析工作的基础，然而针对电机参数的稳态辨识并不多见。
现有电机稳态的辨识方法需要拥有专业的电机学知识，另外获取稳态阶段相关参数也比较困难。
因此，亟需一种不过分依赖专业知识且易于统计分析的电机稳态判断方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机稳态的判断方法及系统，以解决上述现有技术中的问题，能够针对缺少相关稳态参数甚至缺乏专业知识的情况，通过统计学方法对电机运行状态进行识别。
本发明提供了一种电机稳态的判断方法，其中，包括：
根据与工况文件对应的特征文件得到工况配置时长；
在所述工况配置时长满足要求时，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，其中，所述第一方差评价指标与相邻两个采样时间点的实际数据之差对应，所述第二方差评价指标与表示同一采样时间点的实际数据和滤波后的数据之差对应；
根据若干单个变量的稳态结果得到电机整体运行状态的稳态结果。
如上所述的电机稳态的判断方法，其中，优选的是，所述根据与工况文件对应的特征文件得到工况配置时长，具体包括：
记录触发数采模块时间；
从触发数采模块时间开始持续记录工况文件和特征文件；
将所述工况文件和所述特征文件进行同步；
根据所述特征文件中的时间戳计算工况配置时长。
如上所述的电机稳态的判断方法，其中，优选的是，所述在所述工况配置时长满足要求时，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，具体包括：
在所述工况配置时长大于等于预设配置时长阈值时，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，其中，所述若干单个变量包括转速、和/或电流、和/或温度。
如上所述的电机稳态的判断方法，其中，优选的是，所述基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，具体包括：
步骤A1：采集单个变量在某一时刻的实际数据；
步骤A2：计算单个变量在某一时刻滤波后的数据；
步骤A3：计算所述第二方差评价指标；
步骤A4：计算所述第一方差评价指标；
步骤A5：根据所述第二方差评价指标和所述第一方差评价指标计算方差评价指标的比值；
步骤A6：在方差评价指标的比值大于临界值时，判断单个变量处于稳态。
如上所述的电机稳态的判断方法，其中，优选的是，在所述步骤A2中，采用以下公式计算单个变量在某一时刻滤波后的数据：
Xf,i＝λ1Xi+(1-λ1)Xf,i-1 (1)
其中，Xf,i表示i时刻采集的单个变量在滤波后的数据，λ1表示第一滤波系数，Xi表示i时刻采集的单个变量的实际数据，Xf,i-1表示i-1时刻采集的单个变量在滤波后的数据。
如上所述的电机稳态的判断方法，其中，优选的是，在所述步骤A3中，采用以下公式计算所述第二方差评价指标：
Figure BDA0002991361900000031
其中，
Figure BDA0002991361900000032
表示i时刻同一采样时间点的单个变量的实际数据和滤波后的数据之差的方差，λ2表示第二滤波系数，
Figure BDA0002991361900000033
表示i-1时刻同一采样时间点的单个变量的实际数据和滤波后的数据之差的方差。
如上所述的电机稳态的判断方法，其中，优选的是，在所述步骤A4中，采用以下公式计算所述第一方差评价指标：
Figure BDA0002991361900000034
其中，
Figure BDA0002991361900000035
表示i时刻相邻两个采样时间点的实际数据之差的方差，λ3表示第三滤波系数，
Figure BDA0002991361900000036
表示i-1时刻相邻两个采样时间点的实际数据之差的方差。
如上所述的电机稳态的判断方法，其中，优选的是，在所述步骤A5中，采用以下公式计算方差评价指标的比值：
Figure BDA0002991361900000037
其中，R表示方差评价指标的比值，
在所述步骤A6中，R的临界值通过置信区间来确定，即取稳态时的R值高斯分布的95％置信水平时的值。
如上所述的电机稳态的判断方法，其中，优选的是，所述根据若干单个变量的稳态结果得到电机整体运行状态的稳态结果，具体包括：
若所有的单个变量均处于稳态，则判定电机整体运行状态处于稳态；
若至少有一个单个变量处于非稳态，则判定电机整体运行状态处于非稳态。
本发明还提供一种采用上述方法的电机稳态的判断系统，包括：
数据获取模块，用于获取工况文件和特征文件；
工况配置时长判断模块，用于根据所述工况文件和所述特征文件，判断工况配置时长是否符合要求；
电机稳态结果判断模块，用于基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到电机稳态结果，其中，所述第一方差评价指标与相邻两个采样时间点的实际数据之差对应，所述第二方差评价指标与表示同一采样时间点的实际数据和滤波后的数据之差对应。
本发明提供一种电机稳态的判断方法及系统，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到单个变量的稳态结果，并在此基础上根据单个变量的稳态结果得到电机整体运行状态的稳态结果，参数易获取，无需专业电机学领域知识，针对缺少相关稳态参数甚至缺乏专业知识的情况，能够通过统计学方法对电机运行状态进行识别。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为本发明提供的电机稳态的判断方法的实施例的流程图；
图2为d1和d2及其对应的估计方差的示意图；
图3为本发明提供的电机稳态的判断系统的实施例的结构框图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
本公开中使用的“第一”、“第二”：以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
为获得稳定的电机运行工况，在对电机状态监测前和进行机器学习前，有必要判断电机的运行工况是否稳定。
如图1所示，本实施例提供的电机稳态的判断方法在实际执行过程中，具体包括如下步骤：
步骤S1、根据与工况文件对应的特征文件得到工况配置时长。
在本发明的电机稳态的判断方法的一种实施方式中，所述步骤S1具体可以包括：
步骤S11、记录触发数采模块时间。
步骤S12、从触发数采模块时间开始持续记录工况文件和特征文件。
步骤S13、将所述工况文件和所述特征文件进行同步。
步骤S14、根据所述特征文件中的时间戳计算工况配置时长。
步骤S2、在所述工况配置时长满足要求时，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，其中，所述第一方差评价指标与相邻两个采样时间点的实际数据之差对应，所述第二方差评价指标与表示同一采样时间点的实际数据和滤波后的数据之差对应。
具体而言，在所述工况配置时长大于等于预设配置时长阈值时，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果。其中，所述若干单个变量包括转速、和/或电流、和/或温度。需要说明的是，本发明对单个变量的数量及类型不作具体限定。例如，本发明在其它实施方式中，单个变量还可以是力矩。
如图2所示，横轴表示时间，纵轴代表某一类型采集数据(温度、电流或转速等)，散点表示采集的实际数据X，实线表示滤波后的数据Xf，虚线表示理想的数据趋势，d1表示相邻两个采样时间点的实际数据之差，d2表示同一采样时间点的实际数据和滤波后的数据之差。
从图2可以看出，当数据处于稳态(例如时间处于80到100期间)时，Xf基本处于实际数据的中间，此时d1和d2的方差估计基本相等，即
Figure BDA0002991361900000061
其中，
Figure BDA0002991361900000062
表示d2的估计方差，
Figure BDA0002991361900000063
表示d1的估计方差，
当数据处于非稳态(例如时间处于0到50期间)时，d2的估计方差远大于d1的估计方差，即
Figure BDA0002991361900000064
有鉴于此，本发明基于这两个衡量方差指标的比值R来进行稳态辨识。
在本发明的电机稳态的判断方法的一种实施方式中，所述步骤S2具体可以包括：
步骤A1：采集单个变量在某一时刻的实际数据。
步骤A2：计算单个变量在某一时刻滤波后的数据。
其中，在所述步骤A2中，采用以下公式计算单个变量在某一时刻滤波后的数据：
Xf,i＝λ1Xi+(1-λ1)Xf,i-1 (1)
其中，Xf,i表示i时刻采集的单个变量在滤波后的数据，λ1表示第一滤波系数，Xi表示i时刻采集的单个变量的实际数据，Xf,i-1表示i-1时刻采集的单个变量在滤波后的数据。
步骤A3：计算所述第二方差评价指标。
在所述步骤A3中，采用以下公式计算所述第二方差评价指标：
Figure BDA0002991361900000071
其中，
Figure BDA0002991361900000072
表示i时刻同一采样时间点的单个变量的实际数据和滤波后的数据之差的方差，λ2表示第二滤波系数，
Figure BDA0002991361900000073
表示i-1时刻同一采样时间点的单个变量的实际数据和滤波后的数据之差的方差。
步骤A4：计算所述第一方差评价指标。
在所述步骤A4中，采用以下公式计算所述第一方差评价指标：
Figure BDA0002991361900000074
其中，
Figure BDA0002991361900000075
表示i时刻相邻两个采样时间点的实际数据之差的方差，λ3表示第三滤波系数，
Figure BDA0002991361900000076
表示i-1时刻相邻两个采样时间点的实际数据之差的方差。
步骤A5：根据所述第二方差评价指标和所述第一方差评价指标计算方差评价指标的比值。
在所述步骤A5中，采用以下公式计算方差评价指标的比值：
Figure BDA0002991361900000077
其中，R表示方差评价指标的比值，
步骤A6：在方差评价指标的比值大于临界值时，判断单个变量处于稳态。
在所述步骤A6中，R的临界值通过置信区间来确定，即取稳态时的R值高斯分布的95％置信水平时的值。
步骤S3、根据若干单个变量的稳态结果得到电机整体运行状态的稳态结果。
其中，若所有的单个变量均处于稳态，则判定电机整体运行状态处于稳态；若至少有一个单个变量处于非稳态，则判定电机整体运行状态处于非稳态。
具体地，步骤S3可以采用以下公式表示：
Figure BDA0002991361900000078
其中，SSoverall表示电机整体运行状态的稳态结果，N表示变量个数，其中SSj表示第j个变量的稳态结果，0表示非稳态，1表示稳态。
因此，当针对多变量分析时(例如通过电流、力矩、温度等综合判断电机是否处于稳态)，可以通过公式(5)得到综合判断结果。
本发明实施例提供的电机稳态的判断方法，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到单个变量的稳态结果，并在此基础上根据单个变量的稳态结果得到电机整体运行状态的稳态结果，参数易获取，无需专业电机学领域知识，针对缺少相关稳态参数甚至缺乏专业知识的情况，能够通过统计学方法对电机运行状态进行识别。
相应地，如图3所示，本发明还提供一种电机稳态的判断系统，包括：
数据获取模块1，用于获取工况文件和特征文件；
工况配置时长判断模块2，用于根据所述工况文件和所述特征文件，判断工况配置时长是否符合要求；
电机稳态结果判断模块3，用于基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到电机稳态结果，其中，所述第一方差评价指标与相邻两个采样时间点的实际数据之差对应，所述第二方差评价指标与表示同一采样时间点的实际数据和滤波后的数据之差对应。
本发明实施例提供的电机稳态的判断系统，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到单个变量的稳态结果，并在此基础上根据单个变量的稳态结果得到电机整体运行状态的稳态结果，参数易获取，无需专业电机学领域知识，针对缺少相关稳态参数甚至缺乏专业知识的情况，能够通过统计学方法对电机运行状态进行识别。
应理解以上图3所示的电机稳态的判断系统的各个部件的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些部件可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分部件以软件通过处理元件调用的形式实现，部分部件通过硬件的形式实现。例如，某个上述模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在电子设备的某一个芯片中实现。其它部件的实现与之类似。此外这些部件全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个部件可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种电机稳态的判断方法，其特征在于，包括：
根据与工况文件对应的特征文件得到工况配置时长；
在所述工况配置时长满足要求时，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，其中，所述第一方差评价指标与相邻两个采样时间点的实际数据之差对应，所述第二方差评价指标与表示同一采样时间点的实际数据和滤波后的数据之差对应；
根据若干单个变量的稳态结果得到电机整体运行状态的稳态结果。
2.根据权利要求1所述的电机稳态的判断方法，其特征在于，所述根据与工况文件对应的特征文件得到工况配置时长，具体包括：
记录触发数采模块时间；
从触发数采模块时间开始持续记录工况文件和特征文件；
将所述工况文件和所述特征文件进行同步；
根据所述特征文件中的时间戳计算工况配置时长。
3.根据权利要求1所述的电机稳态的判断方法，其特征在于，所述在所述工况配置时长满足要求时，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，具体包括：
在所述工况配置时长大于等于预设配置时长阈值时，基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，其中，所述若干单个变量包括转速、和/或电流、和/或温度。
4.根据权利要求1所述的电机稳态的判断方法，其特征在于，所述基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到若干单个变量的稳态结果，具体包括：
步骤A1：采集单个变量在某一时刻的实际数据；
步骤A2：计算单个变量在某一时刻滤波后的数据；
步骤A3：计算所述第二方差评价指标；
步骤A4：计算所述第一方差评价指标；
步骤A5：根据所述第二方差评价指标和所述第一方差评价指标计算方差评价指标的比值；
步骤A6：在方差评价指标的比值大于临界值时，判断单个变量处于稳态。
5.根据权利要求4所述的电机稳态的判断方法，其特征在于，在所述步骤A2中，采用以下公式计算单个变量在某一时刻滤波后的数据：
Xf,i＝λ1Xi+(1-λ1)Xf,i-1 (1)
其中，Xf,i表示i时刻采集的单个变量在滤波后的数据，λ1表示第一滤波系数，Xi表示i时刻采集的单个变量的实际数据，Xf,i-1表示i-1时刻采集的单个变量在滤波后的数据。
6.根据权利要求5所述的电机稳态的判断方法，其特征在于，在所述步骤A3中，采用以下公式计算所述第二方差评价指标：
Figure FDA0002991361890000021
其中，
Figure FDA0002991361890000022
表示i时刻同一采样时间点的单个变量的实际数据和滤波后的数据之差的方差，λ2表示第二滤波系数，
Figure FDA0002991361890000023
表示i-1时刻同一采样时间点的单个变量的实际数据和滤波后的数据之差的方差。
7.根据权利要求6所述的电机稳态的判断方法，其特征在于，在所述步骤A4中，采用以下公式计算所述第一方差评价指标：
Figure FDA0002991361890000024
其中，
Figure FDA0002991361890000025
表示i时刻相邻两个采样时间点的实际数据之差的方差，λ3表示第三滤波系数，
Figure FDA0002991361890000026
表示i-1时刻相邻两个采样时间点的实际数据之差的方差。
8.根据权利要求7所述的电机稳态的判断方法，其特征在于，在所述步骤A5中，采用以下公式计算方差评价指标的比值：
Figure FDA0002991361890000027
其中，R表示方差评价指标的比值，
在所述步骤A6中，R的临界值通过置信区间来确定，即取稳态时的R值高斯分布的95％置信水平时的值。
9.根据权利要求1所述的电机稳态的判断方法，其特征在于，所述根据若干单个变量的稳态结果得到电机整体运行状态的稳态结果，具体包括：
若所有的单个变量均处于稳态，则判定电机整体运行状态处于稳态；
若至少有一个单个变量处于非稳态，则判定电机整体运行状态处于非稳态。
10.一种采用权利要求1-9中任一项所述方法的电机稳态的判断系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取工况文件和特征文件；
工况配置时长判断模块，用于根据所述工况文件和所述特征文件，判断工况配置时长是否符合要求；
电机稳态结果判断模块，用于基于第一方差评价指标和第二方差评价指标的比值得到电机稳态结果，其中，所述第一方差评价指标与相邻两个采样时间点的实际数据之差对应，所述第二方差评价指标与表示同一采样时间点的实际数据和滤波后的数据之差对应。
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