得到负载转矩 的观测值；所述的电机机械角速度通过传感器实际测得，所述的控制电压通过原有的无刷 直流电子水栗控制系统得到；
[0081] 故障分析模块包括水栗运行故障分析模块；水栗运行故障分析模块用于将观测器 获得的负载矩阵的观测值与设定的负载转矩范围相比较，当所得的负载矩阵的观测值不在 负载转矩范围内，则判断水栗运行出了故障，所述的负载转矩范围通过在水栗正常运行时 采集若干个负载转矩的观测值并计算其算术平均值和标准差，选取适当倍数，从而得到。
[0082] 以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术 人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依 据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种无刷直流电子水累的故障诊断系统，其特征在于：它包括观测器和故障分析模 块，其中， 所述的观测器是利用对无刷直流电机建立空间状态方程、并根据空间状态方程而建立 的，输入电机机械角速度和控制电压，得到负载转矩的观测值；所述的电机机械角速度通过 传感器实际测得，所述的控制电压通过原有的无刷直流电子水累控制系统得到； 故障分析模块包括水累运行故障分析模块；水累运行故障分析模块用于将观测器获得 的负载矩阵的观测值与设定的负载转矩范围相比较，当所得的负载矩阵的观测值不在负载 转矩范围内，则判断水累运行出了故障，所述的负载转矩范围通过在水累正常运行时采集 若干个负载转矩的观测值并计算其算术平均值和标准差，选取适当倍数，从而得到。2. 根据权利要求1所述的无刷直流电子水累的故障诊断系统，其特征在于：所述的水 累运行故障分析模块分析当所得的负载矩阵的观测值不在负载转矩范围内时，当负载矩阵 的观测值为O时，判定为水累发生空转故障；当负载矩阵的观测值小于负载转矩范围，判定 为水循环管道堵死；当负载矩阵的观测值大于负载转矩范围，判定为叶轮卡死。3. 根据权利要求1所述的无刷直流电子水累的故障诊断系统，其特征在于：所述的故 障分析模块还包括传感器故障分析模块；传感器故障分析模块用于将传感器采集到的流量 和扬程与流量理论值和扬程理论值比较，当差值超过设定的阔值时，则判断该传感器故障， 所述的流量理论值和扬程理论值通过在无刷直流电子水累的叶轮恒定的情况下，对叶轮实 物的实验操作和检测，得到W电机机械角速度与转矩做为自变量，流量与扬程为因变量的 图，进而当诊断水累为正常运行时，则进一步对传感器进行诊断，得到电机机械角速度与转 矩的观测值后，在图中读出相应的流量、扬程的值，作为流量理论值和扬程理论值。4. 一种利用权利要求1所述的无刷直流电子水累的故障诊断系统实现的故障诊断方 法，其特征在于：它包括W下步骤： 51、 利用建立的观测器，输入电机机械角速度和控制电压，得到负载转矩的观测值；所 述的电机机械角速度通过传感器实际测得，所述的控制电压通过原有的无刷直流电子水累 控制系统得到；所述的观测器利用对无刷直流电机建立空间状态方程、并根据空间状态方 程而建立的； 52、 将观测器获得的负载矩阵的观测值与设定的负载转矩范围相比较，当所得的负载 矩阵的观测值不在负载转矩范围内，则判断水累运行出了故障，所述的负载转矩范围通过 在水累正常运行时采集若干个负载转矩的观测值并计算其算术平均值和标准差，选取适当 倍数，从而得到。5. 根据权利要求4所述的故障诊断方法，其特征在于：所述的观测器按W下步骤建 立： 1)对无刷直流电机进行建模，得到空间状态方程为：CO. 其中：式中：Ud为控制电压，TI为负载转矩，i为电枢电流，W。为电机机械角速度。A、B、C、D为参数矩阵，其中，R为单相电枢电阻，L为单相电枢绕组自感，M为电枢绕组互感，P为电机 极对数，N为绕组应数，S为绕组在定子内径表面围成的面积，Bm为转子永磁体气隙磁密分 布的最大值，J为转子转动惯量，By为黏滞摩擦系数，KT为电机转矩系数；其中Ud、i、W。通过 传感器检测或计算出实际值，Tl未知； 2)对于上述空间状态方程（1)，建立相应的Luenberger观测器为：(2)， 式中，I，#为观测器模拟的状态向量和输出向量，y为实际的输出向量，f为积分器输 出，Ki、Kp分别为积分系数与比例系数。 由公式（2)、（1)得出状态空间形式为：(3)， (3)式即为建立的观测器模型； 定义6二X-龙为状态估计误差，由公式（3)、（1)式可得(絲 预设增益矩阵Kp和KI的值，使的特征值均在左复半平面，则式 (4)中动态系统最后收敛到其平衡点 积分器输出值f即为Tl的观测值； d， 如在水累运行时，将Ud、W。信号输入到观测器模型（3)中，得到Tl的观测值。6. -种具有故障诊断功能的无刷直流电子水累控制器，其特征在于：它包括： 电源模块，包括电源电压纹波滤波电容、稳压电容、防反电路； 逆变桥，用于按主控模块输出的PWM信号，将电源模块输出的直流电压进行逆变，为永 磁电机绕组提供交流电压，驱动永磁电机运行； 反电动势检测模块，用于对永磁电机中的=相绕组的反电动势信号进行采集、调理、滤 波、量化并输入给主控模块； 电流采集模块，用于采集电源的输入电流给主控模块，设置过电流保护，防止控制器过 流损毁； 水累输出检测模块，用于运用传感器检测水累的流量与扬程并转化为电信号通过A/D转换输入给主控模块； 通讯模块，用于主控模块与上位机通讯，将故障代码输送至上位机； 主控模块，包括PID控制模块、PWM信号生成模块、观测器和故障诊断模块，其中PID控 制模块用于接收水累实际的电机机械角速度与给定的目标电机机械角速度相比较，过PID 算法得到控制电压分别给PWM信号生成模块和观测器；PWM信号生成模块用于接收控制电 压和反电动势信号并生成PWM信号给逆变桥；观测器利用对无刷直流电机建立空间状态方 程、并根据空间状态方程而建立的，输入电机机械角速度和控制电压，得到负载转矩的观测 值；所述的电机机械角速度通过传感器实际测得，所述的控制电压通过原有的无刷直流 电子水累控制系统得到； 故障分析模块包括水累运行故障分析模块；水累运行故障分析模块用于将观测器获得 的负载矩阵的观测值与设定的负载转矩范围相比较，当所得的负载矩阵的观测值不在负载 转矩范围内，则判断水累运行出了故障，所述的负载转矩范围通过在水累正常运行时采集 若干个负载转矩的观测值并计算其算术平均值和标准差，选取适当倍数，从而得到。
【专利摘要】本发明提供一种无刷直流电子水泵的故障诊断系统，包括观测器和故障分析模块，观测器输入电机角速度和控制电压，得到负载转矩的观测值；所述的电机角速度通过传感器实际测得，所述的控制电压通过原有的无刷直流电子水泵控制系统得到；故障分析模块包括水泵运行故障分析模块；水泵运行故障分析模块用于将观测器获得的负载矩阵的观测值与设定的负载转矩范围相比较，当所得的负载矩阵的观测值不在负载转矩范围内，则判断水泵运行出了故障，所述的负载转矩范围通过在水泵正常运行时采集若干个负载转矩的观测值并计算其算术平均值和标准差，选取适当倍数，从而得到。本发明仅用传感器检测输出作为数据标定，建立观测器模型，对水泵进行故障诊断。
【IPC分类】G01M17/007, F04B51/00
【公开号】CN105372075
【申请号】CN201510776382
【发明人】曾春年, 冯长虹, 周相清, 罗杰, 梁红, 纪燕林, 桂临秋
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月13日