基于系统辨识的电机驱动系统动态过程监测与诊断

基于系统辨识的电机驱动系统动态过程监测与诊断

冀永兴 ,董雅鑫 ,郭子扬 ,刘超

北方自动控制技术研究所，山西省 太原市 030006

摘要：随着机电行业的进步和发展，电机设备的健康监测和故障检测已经成为工业系统进步和发展的基础内容之一。在传统的电机设备故障检测的过程中，由于检测技术传统直接导致了故障诊断效率低下的问题产生。本文将以此为基础，探讨基于系统识别的动态过程健康度监测与诊断策略，通过实验设计对电机设备进行实时的动态健康监测并展开辨识实验，这也是提高电机设备健康检测能力的重要方法。

关键词：系统辨识；动态过程；健康监测

引言：电机设备的故障诊断方法在保障安全生产，保障设备正常运行过程中有着重要的作用。但是，在对电机设备进行检测过程中，传统的数据驱动方法或机理模型方法在实际操作过程中对稳态数据以及机理模型分析都存在一定程度上的滞后性，这也是导致电机设备故障诊断效率不高的原因。所以，在电机设备故障诊断的过程中，通过应用基于系统识别的动态过程健康监测可以有效提高电机设备的故障诊断能力。

一、故障诊断中的问题

1.稳态数据获取不足

在企业日常生产加工过程中，电机设备的工作效率会对企业的生产能力产生直接的影响。企业的电机设备一旦出现故障，将会导致机械生产能力严重下降，这对于企业的生产经营会产生严重的影响。所以，在企业内部对电机设备的故障进行有效诊断是提高电机设备工作效率的重要策略。在对机器设备故障诊断的过程中，稳态数据获取不足是故障诊断过程中存在的最主要问题之一。这里所说的稳态数据获取不足是指，在传统的电机设备故障诊断过程中，由于诊断方法和诊断策略传统，这也直接导致了诊断工作开展的过程中无法对详细的稳态数据进行有效获取。

2.机理模型不详细

机理模型不详细也是企业故障诊断过程中存在的最主要问题之一。之所以会造成机理模型不详细的问题，主要是由于电机设备在故障诊断的过程中，大部分都是以数据驱动方法为基础开展的故障诊断，在实际工作的过程中无法对详细的机理模型进行有效获取，这也直接导致了电机设备的故障诊断能力受到严重的影响，这也会使人们对于故障诊断能力产生质疑。所以，在企业进步和发展的过程中，尤其是在故障诊断的过程中，一定要对机理模型不详细的问题进行重点关注。

3.故障诊断技术传统

在故障诊断的过程中，故障诊断技术传统也是存在最为广泛的问题之一。之所以说故障诊断的过程中技术传统是由于，在对电机设备进行故障诊断的过程中，大部分企业都会选择数据驱动的故障诊断方法或者机理模型的故障诊断方法，这两种方法存在一定程度上的滞后性，这对于动态数据的诊断能力以及电机设备运行状态的诊断能力都会产生严重的影响。而且，这两种诊断技术存在数据获取不及时以及数据涵盖不全面的问题，这也会对故障诊断工作的顺利开展产生严重的影响。

二、基于系统辨识的动态过程健康度监测与诊断策略

1.根据实际情况设计实验信号

之前已经讨论过，在故障诊断的过程中，由于技术传统直接导致了故障诊断能力不足的问题产生。所以，在故障诊断过程中，可以利用系统识别技术为基础的动态过程健康度监测与诊断方法对设备故障进行诊断，这也是对电机设备运行状态的健康情况进行监督和检测的重要方法[1]。在实际检测的过程中，要根据不同情况设计实验信号。这里所说的根据实际情况设计实验室信号是指，在对动态过程健康度监测方法进行应用的过程中，不同的实验对象会发生不同的设备故障。针对不同的实验对象或者故障设备进行实验的过程中，要结合实验对象的实际情况，对实验信号进行重新设计，只有这样才能提高辨识精度。

2.0.5精度评价方法

在基于系统识别的动态过程健康度监测与诊断过程中，精度也是最为重要的内容之一。0.5精度评价方法也就在这样的时代背景之下得以提出。0.5精度评价方法是指，在对某一特定设备故障进行估的过程中，可以对这种故障所造成的系统参数改变量进行评估。如果改变量大于模型数据估算精度的两倍，也就是对估计模型精度提出的最低要求[2]。通过0.5精度评价方法的应用，可以有效提高辨识精度，这对于故障的诊断能力提高有着重要的作用。

3. 预先设定故障的辨识试验方法

在基于系统辨识的动态过程健康度监测与诊断过程中，预先设定故障的辨识实验方法也是最为核心的策略。这里所说的预先设定故障的辨识实验方法是指，在对电机设备的故障进行诊断的过程中，可以提前预先设定一个故障问题，以这项故障所产生的各种数据参数为基础，与电机设备的动态运行数据进行对比，这样就可以对电机设备运行过程中的健康度进行有效检测，这对于提高故障诊断能力有着重要的作用。而且，在实际应用的过程中，可以设置两个不同的仿真对象，一个是单输入单输出的双水箱串联模型，另外一个是多变量的常减压装置，通过这两个方针对象的设置，就可以对之前提出的预先设定故障的辨识方法正确性进行有效验证。

4.真实故障验证方法

在基于系统辨识的动态过程健康的监测与诊断应用的过程中，真实故障验证方法也是最核心的内容之一。基于系统识别的动态过程健康度监测与诊断最终的目的是要对故障进行快速、高效的诊断，这也是提高设备运行能力的重要方法之一

[3]。所以，在实际健康度监测与故障诊断的过程中，可以以真实的机器人柔性机械臂实验平台对这个方法进行深入的论证。通过对系统内部常见的螺丝松动和有扭簧卡顿两种故障进行分析，采用辨识模型进行辨识实验，这样就可以验证基于系统辨识的动态过程健康度监测与诊断方法的正确性，这对于应用健康度监测与故障诊断方法有着重要的作用。

结论：通过以上的论述可以得知，故障诊断过程中，稳态数据获取不足、机理模型不详细以及故障诊断技术传统都是最为普遍的问题。基于系统辨识的动态过程健康度监测与诊断过程中，要根据实际情况对实验信号进行设计，0.5精度评价方法、辨识实验方法以及真实故障验证方法都是故障诊断过程中的常用方法。通过这些方法的应用，可以有效提高故障的识别能力，这也是动态过程健康度监测与诊断的核心内容。

参考文献：

[1]范丽婷,贾正伟,司志鹏,刘继智.高速电主轴驱动系统性能评价研究[J].机电产品开发与创新.2021(04)

[2]贾正伟.基于隐含退化量的高速电主轴驱动系统性能退化评价研究[D].沈阳建筑大学.2021

[3]熊曼.基于系统辨识的故障诊断与预测性维护[D].浙江大学.2020