旋转变压器的故障检测方法及装置

技术领域

本发明涉及交流电机技术领域，尤其是涉及一种旋转变压器的故障检测方法及装置。

背景技术

永磁同步电机是利用永磁体建立励磁磁场的一种同步电机。相比于其它的电机，该电机结构简单，特别是传动齿轮不会发生磨损，因此，该电机具有噪音低、维护简单、可靠性高以及功率效率高等优点。目前，该电机在冶金、橡胶、石油、纺织、家用、航空等领域都得到了广泛的应用。其中，永磁同步电机的核心控制参数是转速，主要传感器有采样电阻和旋转变压器，其中旋转变压器测量的是电机的转速信号，也是电机的核心传感器。然而，由于电机长期的运转，旋转变压器极有可能发生故障，引起控制输入的异常，进而严重损坏永磁同步电机，甚至有可能造成灾难性事故发生。因此，研究旋转变压器的故障检测方法是十分有必要的。这里，一种公开号为CN113484802A的现有技术公开了一种旋转变压器的故障检测方法及装置，根据旋转变压器的第一输出信号和第二输出信号的幅值形式，判断出这两条传输线路是否发生断线故障；另一种公开号为的CN108761264A的现有技术公开了一种旋转变压器编码器接线故障检测方法、装置及系统，通过对比实际转子角度与理论转子角度之间的差别，分析出旋转变压器编码器接线故障的发生。然而，上述方法都是对幅值较大的旋转变压器故障进行检测，在实际的应用中，由于背景噪声的增大或早期故障幅值较小等因素，该电机可能会发生一种更难以检测的微小故障。当使用传统方法对其进行检测时，故障可能极难引起相应信号的显著变化，进而无法判断出故障是否发生。因此，迫切需要开发新的旋转变压器故障检测方法来提高永磁同步电机的可靠性。

整体而言，现有的旋转变压器的故障检测方法还存在检测结果不准确的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转变压器的故障检测方法及装置，以提升永磁同步电机旋转变压器的故障检测准确度。

第一方面，本发明实施例提供了一种旋转变压器的故障检测方法，其中，应用于控制器；上述控制器与待测旋转变压器相连；上述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号；上述方法包括：获取由上述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及上述待测旋转变压器检测到的上述永磁同步电机的转速信号；将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述残差评价函数通过下述步骤进行构建：根据上述永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机模型；根据上述永磁同步电机模型，构建卡尔曼滤波器；根据上述卡尔曼滤波器，设计残差生成器；上述残差生成器具有残差窗口；根据上述残差生成器，构建上述永磁同步电机的残差评价函数。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据上述永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机模型的步骤，包括：根据下述第一公式构建永磁同步电机模型：

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，根据上述永磁同步电机模型，构建卡尔曼滤波器的步骤，包括：根据上述第四公式，构建下述第六公式：

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据上述卡尔曼滤波器，设计残差生成器的步骤，包括：根据上述卡尔曼滤波器，计算下述第十公式：

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据上述残差生成器，构建上述永磁同步电机的残差评价函数的步骤，包括：计算上述残差生成器的协方差矩阵；根据上述残差生成器的协方差矩阵以及上述残差生成器，构建上述永磁同步电机的残差评价函数。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，计算上述残差生成器的协方差矩阵的步骤，包括：根据下述第十三公式，计算上述残差生成器的协方差矩阵：

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，根据上述残差生成器的协方差矩阵以及上述残差生成器，构建上述永磁同步电机的残差评价函数的步骤，包括：根据下述第十四公式，构建上述永磁同步电机的残差评价函数：J(k)＝r

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果的步骤，包括：将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数，得到残差评价结果；如果上述残差评价结果大于上述残差评价函数中的预设阈值，输出上述旋转变压器存在故障；如果上述残差评价结果小于或等于上述预设阈值，输出上述旋转变压器不存在故障。

第二方面，本发明实施例提供了一种旋转变压器的故障检测装置，其中，应用于控制器；上述控制器与待测旋转变压器相连；上述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号；上述装置包括：数据获取模块，用于获取由上述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及上述待测旋转变压器检测到的上述永磁同步电机的转速信号；故障判断模块，用于将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的旋转变压器的故障检测方法及装置，应用于控制器；上述控制器与待测旋转变压器相连；上述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号；上述方法包括：获取由上述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及上述待测旋转变压器检测到的上述永磁同步电机的转速信号；将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果。该方法通过预设的残差评价函数对永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及待测旋转变压器检测到的永磁同步电机的转速信号进行检测，从而提升了永磁同步电机内旋转变压器的故障检测准确度。

本实施例公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种旋转变压器的故障检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种永磁同步电机的残差评价函数的构建过程的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的旋转变压器的故障检测装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供了一种电子设备结构示意图。

图标：31-数据获取模块；32-故障判断模块；41-存储器；42-处理器；43-总线；44-通信接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在实际的应用中，由于背景噪声的增大或早期故障幅值较小等因素，该电机可能会发生一种更难以检测的微小故障。当使用传统方法对其进行检测时，故障可能极难引起相应信号的显著变化，进而无法判断出故障是否发生。因此，迫切需要开发新的旋转变压器故障检测方法来提高永磁同步电机的可靠性。

基于此，本发明实施例提供了一种旋转变压器的故障检测方法及装置，该技术可以提升永磁同步电机内旋转变压器的故障检测准确度。为便于对本发明实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种旋转变压器的故障检测方法进行介绍。

实施例1

如图1为本发明实施例提供的一种旋转变压器的故障检测方法的流程示意图。该方法应用于控制器；上述控制器与待测旋转变压器相连；上述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号。如图1所见，该方法包括以下步骤：

步骤S101：获取由上述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及上述待测旋转变压器检测到的上述永磁同步电机的转速信号。

在本实施例中，上述待测旋转变压器放置于上述永磁同步电机的内部，以检测到的上述永磁同步电机的转速信号。

步骤S102：将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果。

在本实施中，上述残差评价函数基于上述永磁同步电机的运行原理进行构建。

本发明实施例提供的旋转变压器的故障检测方法，应用于控制器；上述控制器与待测旋转变压器相连；上述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号；上述方法包括：获取由上述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及上述待测旋转变压器检测到的上述永磁同步电机的转速信号；将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果。该方法通过预设的残差评价函数对永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及待测旋转变压器检测到的永磁同步电机的转速信号进行检测，从而提升了永磁同步电机内旋转变压器的故障检测准确度。

实施例2

在图1所示方法的基础上，本发明还提供了另一种旋转变压器的故障检测方法。该方法具体描述了永磁同步电机的残差评价函数的构建过程。图2为本发明实施例提供的一种永磁同步电机的残差评价函数的构建过程的流程示意图。

如图2所见，通过下述步骤构建上述永磁同步电机的残差评价函数：

步骤S201：根据上述永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机模型。

在本实施例中，根据下述第一公式构建永磁同步电机模型：

其中，i

如果i

其中，A

对上述第二公式进行转化，得到下述第三公式：

将上述第三公式通过前向欧拉法进行离散，得到下述第四公式和第五公式；

将上述第四公式以及上述第五公式，确定为上述永磁同步电机模型；

上述第四公式为：x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+w(k)

其中，x(k)＝[i

上述第五公式为：y(k)＝Cx(k)+v(k)+Ff(k)，y(k)＝[y

其中，y(k)为上述永磁同步电机模型在k时刻的数据输入，y

步骤S202：根据上述永磁同步电机模型，构建卡尔曼滤波器。

在本实施例中，根据所述第四公式，构建下述第六公式：

其中，

根据上述第六公式，计算下述第七公式：

P(k|k-1)＝AP(k-1)A

其中，P(k-1)为上述卡尔曼滤波器在k-1时刻的后验估计误差协方差矩阵，P(k|k-1)为预设的k时刻的先验估计误差协方差矩阵，Q

根据上述第七公式，计算下述第八公式：

P

其中，P(k)为上述卡尔曼滤波器在k时刻的后验估计误差协方差矩阵，

根据上述第八公式，计算下述第九公式：

其中，

将上述第六公式、上述第七公式、上述第八公式以及上述第九公式，确定为上述卡尔曼滤波器。

步骤S203：根据上述卡尔曼滤波器，设计残差生成器；上述残差生成器具有残差窗口。

这里，上述根据上述卡尔曼滤波器，设计残差生成器的步骤，包括：

根据上述卡尔曼滤波器，计算下述第十公式：

其中，s(k)为上述卡尔曼滤波器在k时刻的单步残差；

根据上述第十公式，计算下述第十一公式：

S(k)＝Q

其中，S(k)为上述s(k)的协方差矩阵；

根据上述第十一公式，计算下述第十二公式：

其中，τ为第五预设系数；

将上述第十二公式，确定为上述残差生成器。

步骤S204：根据上述残差生成器，构建上述永磁同步电机的残差评价函数。

在实际的操作中，上述步骤S204包括：首先，计算上述残差生成器的协方差矩阵。然后，根据上述残差生成器的协方差矩阵以及上述残差生成器，构建上述永磁同步电机的残差评价函数。

在其中的一种实施方式中，计算上述残差生成器的协方差矩阵的步骤，包括：

根据下述第十三公式，计算上述残差生成器的协方差矩阵：

其中，R(k)为上述残差生成器的协方差矩阵。

进一步的，根据上述残差生成器的协方差矩阵以及上述残差生成器，构建上述永磁同步电机的残差评价函数的步骤，包括：

根据下述第十四公式，构建上述永磁同步电机的残差评价函数：

J(k)＝r

其中，J(k)为上述残差评价函数。

在实际的操作中，将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果的步骤，包括：首先，将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数，得到残差评价结果。其次，如果上述残差评价结果大于上述残差评价函数中的预设阈值，输出上述旋转变压器存在故障。最后，如果上述残差评价结果小于或等于上述预设阈值，输出上述旋转变压器不存在故障。

本发明实施例提供的旋转变压器的故障检测方法，应用于控制器；上述控制器与待测旋转变压器相连；上述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号；上述方法包括：获取由上述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及上述待测旋转变压器检测到的上述永磁同步电机的转速信号；将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果；其中，永磁同步电机的残差评价函数通过下述步骤构建：根据上述永磁同步电机的运行原理，构建永磁同步电机模型；根据上述永磁同步电机模型，构建卡尔曼滤波器；根据上述卡尔曼滤波器，设计残差生成器；上述残差生成器具有残差窗口；根据上述残差生成器，构建上述永磁同步电机的残差评价函数。该方法通过根据永磁同步电机的运行原理构建预设的残差评价函数，并通过上述残差评价函数对永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及待测旋转变压器检测到的永磁同步电机的转速信号进行检测，进一步提升了永磁同步电机内旋转变压器的故障检测准确度。

实施例3

本发明实施例还提供了一种旋转变压器的故障检测装置，图3为本发明实施例提供的一种旋转变压器的故障检测装置的结构示意图。该装置应用于控制器；上述控制器与待测旋转变压器相连；上述待测旋转变压器用于检测外设永磁同步电机的转速信号。由图3所见，上述装置包括：

数据获取模块31，用于获取由上述永磁同步电机的采样电阻检测到的电流测量值以及上述待测旋转变压器检测到的上述永磁同步电机的转速信号。

故障判断模块32，用于将上述电流测量值以及上述转速信号输入预设的上述永磁同步电机的残差评价函数中，输出上述待测旋转变压器是否存在故障的评价结果。

其中，上述数据获取模块31和故障判断模块32相连。

本发明实施例提供的旋转变压器的故障检测装置，与上述实施例中提供的旋转变压器的故障检测方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

实施例4

本实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，该存储器存储有能够被该处理器执行的计算机可执行指令，该处理器执行该计算机可执行指令以实现旋转变压器的故障检测方法的步骤。

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现旋转变压器的故障检测方法的步骤。

参见图4所示的一种电子设备的结构示意图，该电子设备包括：存储器41、处理器42，存储器41中存储有可在处理器42上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述旋转变压器的故障检测方法提供的步骤。

如图4所示，该设备还包括：总线43和通信接口44，处理器42、通信接口44和存储器41通过总线43连接；处理器42用于执行存储器41中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器41可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口44(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线43可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器41用于存储程序，处理器42在接收到执行指令后，执行程序，前述本发明任一实施例揭示旋转变压器的故障检测装置所执行的方法可以应用于处理器42中，或者由处理器42实现。处理器42可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器42中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器42可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器41，处理器42读取存储器41中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

进一步地，本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器42调用和执行时，机器可执行指令促使处理器42实现上述旋转变压器的故障检测方法。

本发明实施例提供的电子设备和计算机可读存储介质具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。