专利名称：电磁运动机构失效检测方法及装置的制作方法
电;兹运动机构失效检测方法及装置
技术领域：
本发明涉及一种电磁运动机构失效检测方法及装置，特别涉及一种基于不 动点驱动端感抗的电》兹运动机构失效4企测方法及装置。背景技术：
工业、液压等领域广泛使用电i兹铁、继电器、电i兹先导阀等部件，因为是 关键部件，由于弹簧、励磁、机械故障等等引起的故障与失效会严重影响系统 安全和工作效率，使用中一般很少进行在线失效检测，常依靠定期更换、或者 判断驱动电流稳态值是否正常、或增加对其被控对象是否按期望工作等检测环 节来确定其工作状态。这严重影响其使用安全性，不易区分电磁运动机构(电
磁铁、继电器、电磁先导阀)故障和被控对象故障，影响对故障原因快速定位； 在某些情况下，即使电》兹运动机构发生故障，其稳态电流值也不会发生很大变 化；也会因为某些部件还可继续使用，而被更换，造成经济上的浪费。
电磁运动机构的种类繁多，其模型的求解较难，采用有限元法获得精确的 解，会因负载的变化、不同材料特性等等因素影响边界条件，多数情况上述参 数不易获得，针对每一个对象进行精确动态过程分析，过程复杂，难度较大， 且意义不大。
发明内容
为了解决现有电石兹运动机构失效检测方法安全性差、对故障原因不能快速 定位以及某些部件还可继续使用而被更换造成经济上浪费的技术问题，本发明 提供了 一种电磁运动机构失效检测方法及装置。
本发明解决现有电磁运动机构失效检测方法安全性差、对故障原因不能快 速定位以及某些部件还可继续使用而被更换造成经济上浪费的技术问题所采 用的技术方案是提供一种电磁运动机构失效检测方法，所述电》兹运动机构失 效检测方法包括以下步骤第一步、控制单元通过驱动单元对电磁运动机构进 行驱动；第二步、电流检测单元对电磁运动机构的电流响应信号进行传感、调 理和釆样；第三步、区域判定单元判断并划分电磁运动机构的初始不动区域、 运动区域和终止不动区域；第四步、感抗计算单元针对初始不动区域和终止不
4动区域计算感抗；第五步、失效4全测单元根据所计算的感抗值进行失效判别。
根据本发明电磁运动机构失效检测方法的一优选实施例，所述第二步通过 采用差分过零法或差分超限法对电流信号进行釆样。
根据本发明电磁运动机构失效检测方法的一优选实施例，所述第四步中计 算感抗的方法为线性化求取的方法或者使用最小二乘等曲线拟合的方法。
根据本发明电磁运动机构失效检测方法的一优选实施例，所述第五步包括 根据所计算的感抗值进行突然失效情况的判别或者緩变失效情况的判别。
根据本发明电石兹运动机构失效检测方法的 一优选实施例，所述电磁运动机
计算单元使用该驱动电压值，并应用该值修正驱动端电阻值，补偿感抗值计算 的精度的步骤。
根据本发明电磁运动机构失效检测方法的一优选实施例，当电压检测单元 检测电磁运动机构的驱动电压不稳定时，失效检测单元对驱动电压进行补偿和 修正。
本发明还提供了一种电磁运动机构失效检测装置，所迷电磁运动机构失效 检测装置包括控制单元、驱动单元、电磁运动机构、电流检测单元、区域判 定单元、感抗计算单元和失效检测单元；所述控制单元，用于通过驱动单元对 电磁运动机构进行驱动，并提供驱动同步信号，为电流检测单元提供采样起始 时刻；所述驱动单元，用于为电磁运动机构提供驱动电压和驱动电流；所述电 流检测单元，用于对电磁运动机构的电流响应信号进行传感、调理和采样；所 述区域判定单元，用于判断并划分电》兹运动机构的初始不动区域、运动区域和 终止不动区域；所述感抗计算单元，用于针对初始不动区域和终止不动区域计 算感抗；所述失效^r测单元，用于根据所计算的感抗值进行失效判别。
根据本发明电磁运动机构失效检测装置的一优选实施例，所述电磁运动机 构失效检测装置还包括电压检测单元，用于检测电磁运动机构的驱动电压，感 抗计算单元使用该驱动电压值，并应用该值修正驱动端电阻值，补偿感抗值计
算的精度。
根据本发明电》兹运动机构失效检测装置的一优选实施例，所述电;兹运动机 构包括电磁铁、继电器或者电磁先导阀。
采用上述方法及装置时，由于对初始不动区域和终止不动区域电磁驱动端感抗的检测，可进行运动的效果检测和失效判别，也可进行緩变失效检测， 既减小了系统应用中安全隐患，又可有效检测运动初始点和终止点位置，提 高了使用安全性和经济性。
图l是本发明电磁运动机构失效检测装置的结构示意图； 图2是本发明电磁运动机构失效检测方法的流程示意图； 图3是本发明电磁运动机构失效检测方法中不动点区域划分示意图； 图4是本发明电i兹运动机构驱动端直流电阻的变化示意图； 图5是本发明电i兹运动机构失效检测装置在突然失效和緩变失效两种情况 下，不动点区域感抗寿企测波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图l本发明电f兹运动机构失效检测装置的结构示意图。如图l所示， 所述电磁运动机构失效才企测装置包括控制单元10、驱动单元20、电磁运动 机构30、电流检测单元40、区域判定单元50、感抗计算单元60、失效检测单 元70和电压才企测单元80。所述控制单元10,用于通过驱动单元对电f兹运动机 构进行驱动，并提供驱动同步信号，为电流检测单元40提供采样起始时刻。 所述驱动单元20，用于为电磁运动机构30提供驱动电压和驱动电流。所述电 磁运动机构30包括电磁铁、继电器或者电磁先导阀。所迷电流检测单元40， 用于对电磁运动机构30的电流响应信号进行传感、调理和采样。所述区域判 定单元50，用于判断并划分电磁运动机构30的初始不动区域、运动区域和终 止不动区域。所述感抗计算单元60,用于针对初始不动区域和终止不动区域计 算感抗。所述失效4企测单元70,用于根据所计算的感抗值进行失效判别。所述 电压检测单元80，用于检测电磁运动机构30的驱动电压，感抗计算单元60 使用该驱动电压值，并应用该值^"正驱动端电阻值，补偿感抗值计算的精度。
请参阅图2，图2是本发明电磁运动机构失效检测方法的流程示意图。在 本实施中，结合图1，所述电磁运动才几构失效检测方法包括以下步骤
步骤100、控制单元10通过驱动单元20对电》兹运动机构30实施驱动。
步骤200、电流4全测单元40对电磁运动机构驱动端电流响应信号进行传 感、调理和采样。_步骤300、区域判定单元50判断并划分电磁运动机构30的初始不动区域、 运动区域和终止不动区域。
请参阅图3，图3是本发明电磁运动机构失效检测方法中不动点区域划分 示意图。在本实施例中，对电流信号采用差分过零法或差分超限法进行采样， 区域判定单元50判断并划分初始不动区域、运动区域和终止不动区域。亦可 适当考虑滤波，或用先验知识预选一定的处理区间，剔除干扰；对连续信号可 采用微分和阈值比较的方式，可确定波形两端电流单调上升不动区间A与B区 间，A区间是初始不动区域，B区间是终止不动区域，A与B区间为电/f兹机构运 动区域。
步骤400、感抗计算单元60针对初始不动区域和终止不动区域计算感抗。 在本实施例中，分别针对A与B区间求取感抗，感抗求取可采用线性化的
方法，亦可使用最小二乘等曲线拟合方法进行感抗的求取，其中线性化的方法
具体方法如下
针对A区间有对电流信号表达式经过整理后，再取自然对数，后线性化 拟合，由于R已知，根据斜率(-R/L)即可得知感抗。
"会
y;(/) = -|, = in(i—吾柳
类似地，针对B区间有 |+(/。-|)e-'/r
/2(0 = -，, = ln(~~ 7。1
/。为电流初值，可根据B区间的初始点信息确定该值。
由于R会随温度等变化而变化，请参阅图4，图4是本发明电磁运动机构 驱动端直流电阻的变化示意图。在本实施例中，可根据实测的驱动电压U和稳 态时驱动电流I进行R-U/1的计算，可提高感抗测量精度。步骤500、失效4企测单元70根据所计算的感抗值进行失效判别。 所述感抗与运动机构的距离有关，s所以根据其值的变化即可判断起始和
终止点的位置即L变化信息，或根据其差值丄-丄或L,-I^ (具体形式可根据
丄1 乙2
具体电磁铁等运动机构设计的原理选择)等的变化判断起始和终止位置的接近
程度等信息，进而评估运动机构的位置变化。
请参阅图5,图5是本发明电磁运动机构失效检测装置在突然失效和緩变 失效两种情况下的Li和"的波形图。Li与运动初始位置信息有关，"与运动终 止位置信息有关，当正常工作时，二者的值相对恒定，其差值(该差值仅代表 初始和终止位置的变化信息，不一定表征成比例关系，以下同此)亦恒定，当 其中任意一值出现突然变化，其差值亦变化，表明运动与正常情况偏差较大， 可通过设定阈值方法，判别突然失效情况；另外还有随着使用时间和次数的增 长，两个值渐渐趋同，其差值渐渐缩小，可通过设定阈值方法或采用Xll等预 报方法，判别这种緩变失效的情况。
所述电磁运动机构失效检测方法还包括电压检测单元80检测电磁运动机 构30的驱动电压是否具有稳定性的步骤。当电压检测单元80用于检测电磁运 动机构30的驱动电压时，感抗计算单元60使用该驱动电压值，并应用该值修 正驱动端电阻值，补偿感抗值计算的精度。
本发明通过驱动端激励对电/f兹运动机构的电流响应检测，先判断初始不动 区域、运动区域、终止不动区域，避开电i兹^^动态过程计算的复杂性，仅在线 计算初始区域和终止区域感抗，由于该感抗与运动才几构的位移有确定关系，可 知初始点和终止点的位置关系，当机构失效，该感抗值非常接近；在长期使用 过程中，该感抗值会逐渐接近，根据阈值或相关预报判别方法，进行緩变失效 的检测，提供科学的寿命预测功能。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不 能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干筒单推演或替 换，都应当视为属于本发明的保护范围。
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权利要求
1.一种电磁运动机构失效检测方法，其特征在于所述电磁运动机构失效检测方法包括以下步骤a.控制单元(10)通过驱动单元(20)对电磁运动机构(30)进行驱动；b.电流检测单元(40)对电磁运动机构(30)的电流响应信号进行传感、信号调理和采样；c.区域判定单元判断(50)并划分电磁运动机构(30)的初始不动区域、运动区域和终止不动区域；d.感抗计算单元(60)针对初始不动区域和终止不动区域计算感抗；e.失效检测单元(70)根据所计算的感抗值进行失效判别。
2. 根据权利要求1所述的电磁运动机构失效检测方法，其特征在于 所述步骤b包括电流检测单元(40)通过采用差分过零法或差分超限法对电 流信号进行采样。
3. 根据权利要求1所述的电磁运动机构失效检测方法，其特征在于 所述步骤d中计算感抗的方法为线性化的方法或者4吏用蕞小二乘等曲线拟 合等方法。
4. 根据权利要求1所述的电磁运动机构失效检测方法，其特征在于 所述步骤e包括根据所计算的感抗值进行突然失效情况的判别或者緩变失 效情况的判别。
5. 根据权利要求1所述的电磁运动机构失效检测方法，其特征在于 还包括应用电压检测单元(80)检测电磁运动机构(30)的驱动电压，感抗计 算单元(60)使用该驱动电压值，并应用该值修正驱动端电阻值，补偿感抗 值计算的精度。
6. 根据权利要求5所述的电磁运动机构失效检测方法，其特征在于 当电压检测单元(80)检测电磁运动机构(30)的驱动电压不稳定时，失效检 测单元(70)对驱动电压进行补偿和修正。
7. —种电磁运动机构失效检测装置，其特征在于所述电磁运动机构 失效检测装置包括控制单元(IO)、驱动单元(20)、电-兹运动机构(30)、电 流检测单元(40)、区域判定单元(50)、感抗计算单元(60)和失效检测单元 (70);所述控制单元(IO)，用于通过驱动单元对电》兹运动机构进行驱动，并提供驱动同步信号，为电流检测单元(40)提供采样起始时刻；所述驱动单元(20),用于为电磁运动机构(30)提供驱动电压和驱动电流;所述电流检测单元(40),用于对电i兹运动才几构(30)的电流响应信号进 行传感、调理和采样；所述区域判定单元(50),用于判断并划分电磁运动机构(30)的初始不 动区域、运动区域和终止不动区域；所述感抗计算单元(60)，用于针对初始不动区域和终止不动区域计算 感抗；所述失效检测单远(70),用于根据所计算的感抗值进行失效判别。
8. 根据权利要求7所述的电磁运动机构失效检测装置，其特征在于 还包括电压检测单元(80),用于检测电磁运动机构30的驱动电压，感抗计 算单元(60)使用该驱动电压值，并应用该值修正驱动端电阻值，补偿感抗 值计算的精度。
9. 根据权利要求7所述的电磁运动机构失效检测装置，其特征在于 所述电磁运动机构(30)包括电磁铁、继电器或者电磁先导阀等。
全文摘要
本发明涉及一种电磁运动机构失效检测方法及装置。所述方法包括控制单元通过驱动单元对电磁运动机构进行驱动；电流检测单元对电磁运动机构驱动端电流响应信号进行传感、调理和采样；区域判定单元判断并划分电磁运动机构的初始不动区域、运动区域和终止不动区域；感抗计算单元针对初始不动区域和终止不动区域计算感抗；失效检测单元根据所计算的感抗值进行失效判别。本发明通过对初始不动区域和终止不动区域电磁驱动端感抗的检测，可进行运动的效果检测、失效判别和缓变失效检测，既减小了系统应用中安全隐患，又可有效检测运动初始点和终止点位置，提高了使用安全性和经济性。
文档编号G01R31/00GK101515011SQ20091010606
公开日2009年8月26日 申请日期2009年3月20日 优先权日2009年3月20日
发明者张东来 申请人:张东来