一种异步电机故障诊断箱的制作方法

本发明属于机械检测技术领域，尤其涉及一种异步电机故障诊断箱。

背景技术：

目前，在异步电机运行状态分析实验中，电流与电压是少数可以直观测量的重要数据。尤其是在对电机设备进行设计、改造、监测、实验的过程中，电压电流数据是最重要的参数。目前，异步电机监测技术的趋势就是利用分析电机三相电压三相电流信号来估计电机的实时运行状态和诊断电机常见故障。但是现有的诊断箱在现场使用时其测量数据单一，准确度较低，同时采用蓄电池作为电源，续航时间较短。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的诊断箱在现场使用时其测量数据单一，不准确，且蓄电池作为电源续航时间较短。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种异步电机故障诊断箱。

本发明是这样实现的，该异步电机故障诊断箱设置有箱体，箱体的右上方通过螺丝固定有蜂鸣器；

所述箱体的正方通过强力胶粘贴有显示屏；

所述箱体的侧面安装有散热风扇；

所述箱体表面的下方设有负极插头、电压插头、电流插头；

所述箱体的内部设有电源、收集卡、传感器板、电流传感器、电压传感器和无线通信模块；

所述电压插头电连接电压传感器；

所述电流插头点连接至电流传感器。

进一步，所述箱体的侧面键接有开关，所述开关包括一块低功率型单片机，一块正电压基准电压源芯片，以及外围辅助电路；单片机的检测信号输出管脚连接至AC-DC输入；单片机的返回信号输入管脚通过电流放大用三极管Q4连接至感应电压信号放大用场效应管Q5，Q5的栅极连接至火线连接端；单片机的控制信号输出管脚连接至场效应管Q3，Q3连接至发光灯具，当单片机检测到电路掉电后，其检测信号输出管脚会转换为低电平，

所述智能识别电源将按照以下步骤进行动作：

(1)单片机根据其返回信号输入管脚的输入电平情况，判断具体供电情况，并控制单片机的控制信号输出管脚的电平输出；

(2)根据单片机控制信号输出管脚的电平输出情况，控制串联在发光二极管通电贿赂中场效应管的通断状态，从而使发光二极管灯具点亮或熄灭。

进一步，所述箱体的外表面铺设有太阳能电池板。

进一步，所述显示屏上键接有选择按键。

进一步，所述电流传感器参数自整定方法包括以下步骤：

电机转子堵转，消除q轴电流反向电动势的影响；

在电流阶跃信号作用下，分析q轴一个周期T电流环PID参数；

分析时将电流阶跃信号周期分为高电平区间[0，T/2]、低电平区间[T/2，T]；

电流阶跃信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e1(t)表示，低电平区间电流响应函数用e2(t)表示；

高电平区间为满足幅值变化的动态响应，采用PI调节；低电平区间保证低电平稳定性，采用PD调节；

ITAE整定准则表达式为t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，ITAE准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，电流环通过ADC采样得到跟踪响应电流，即为离散控制系统；

对P值进行整定，初值P(0)对应ITAE指标为E(0)；P(i)对应ITAE指标为E(i)；i∈[1，∞)，i∈n；

按照自适应粒子群优化算法对P值进行动态赋值，变量P(i)值所对应的适应度函数用fi表示，当fi＜2％时，此时得到最优伺服整定P(i)值，自适应粒子群优化算法公式如下：

x(t+1)＝wx(t)+c1r1(pbest-x(t))+c2r2(gbest-x(t))；

w＝(wmax-wmin)×exp(-β(t/Tmax)²)+wmin；

式中w为惯性权重，初始值取0.8，c1、c2为常数2，r1、r2为分布于[0，1]范围内的随机数，pbest为粒子本身找到的最优解，全局极值gbest为整个粒子群当前最优解；式中β取值由经验决定，为β∈[15，20]；

根据群体适应度方差δ²判别局部极值是否是全局极值，群体适应度方差定义为下式：

式中n为粒子数，fi为第i个粒子适应度，favg为粒子群目前平均适应度，f为归一化定标因子，f的取值为下式：

f＝max{1，max|f1-favg|}，i∈[1，n]；

如果出现粒子群过早收敛，则执行变异操作：

gbest＝gbest×(1+τ×0.5)

τ为服从标准正态分布的随机变量，对gbest执行随机变异操作用来提高离子群算法跳出局部最优解的能力；

在确定最优伺服系统P值后，分别整定高电平区间I值，D值取0和低电平区间D值，I值取0；

对得到的整定参数进行校验，若作用下的电流闭环阶跃响应满足快速、稳态误差小等特征，则认为参数整定结果满足电流环控制整定要求，整定过程结束，否则重新进行整定。

进一步，所述电压传感器的电路包括：开关电容VBE分压电路、PTAT电压产生电路；

VDD倍压电路的输出端2*VDD与开关电容VBE分压电路的电源电压输入端相连接，偏置电路的第二输出偏置电压Vbias2与开关电容VBE分压电路的偏置输入端Vbias2相连接，第二时钟自举电路的输出端2*CLK1与开关电容VBE分压电路的第一开关电容输入控制端A相连接，第三时钟自举电路的输出端2*CLK2与开关电容VBE分压电路的第二开关电容输入控制端B相连接，第四时钟自举电路的输出端2*CLK3与开关电容VBE分压电路的第三开关电容输入控制端C相连接，第五时钟自举电路的输出端2*CK4与开关电容VBE分压电路的第四开关电容输入控制端D相连接；VDD倍压电路的输出端与PTAT电压产生电路的电源电压输入端相连接；开关电容VBE分压电路的输出端输出第一开关电容VBE分压电压K*VBE，PTAT电压产生电路的输出端输出第一PTAT电压，带隙基准核心电路的输出端输出直流带隙基准电压，基准电压为0.2373V。

本发明的优点及积极效果为：通过电机电压与电流数据检测电机是否正常，同时可通过显示屏实时多样式显示，且增加了人机互动，提高的工作效率；太阳能电池板的设置可为诊断箱提供电能，节约了能源使用的同时，提高了设备的使用时间；无线通信模块的设置可将数据传输至远程终端，有利于相互交流；大大提高了工作效率，降低了工作中的出错率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的异步电机故障诊断箱的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的箱体内部的结构示意图；

图中：1、箱体；2、蜂鸣器；3、散热风扇；4、显示屏；5、开关；6、负极插头；7、电压插头；8、电流插头；9、电源；10、传感器板；11、电流传感器；12、电压传感器；13、收集卡；14、无线通信模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

异步电机故障诊断箱设置有箱体1，箱体1的右上方通过螺丝固定有蜂鸣器2；

所述箱体1的正方通过强力胶粘贴有显示屏4；

所述箱体1的侧面安装有散热风扇3；

所述箱体1表面的下方设有负极插头6、电压插头7、电流插头8；

所述箱体1的内部设有电源9、收集卡13、传感器板12、电流传感器11、电压传感器12和无线通信模块14；

所述电压插头7电连接电压传感器12；

所述电流插头8点连接至电流传感器11。

作为本发明的优选实施例，所述箱体1的侧面键接有开关5。所述开关包括一块低功率型单片机，一块正电压基准电压源芯片，以及外围辅助电路；单片机的检测信号输出管脚连接至AC-DC输入；单片机的返回信号输入管脚通过电流放大用三极管Q4连接至感应电压信号放大用场效应管Q5，Q5的栅极连接至火线连接端；单片机的控制信号输出管脚连接至场效应管Q3，Q3连接至发光灯具，当单片机检测到电路掉电后，其检测信号输出管脚会转换为低电平，

所述智能识别电源将按照以下步骤进行动作：

单片机根据其返回信号输入管脚的输入电平情况，判断具体供电情况，并控制单片机的控制信号输出管脚的电平输出；

根据单片机控制信号输出管脚的电平输出情况，控制串联在发光二极管通电贿赂中场效应管的通断状态，从而使发光二极管灯具点亮或熄灭。

作为本发明的优选实施例，所述箱体1的外表面铺设有太阳能电池板。

作为本发明的优选实施例，所述显示屏4上键接有选择按键。

作为本发明的优选实施例，所述电流传感器参数自整定方法包括以下步骤：

电机转子堵转，消除q轴电流反向电动势的影响；

在电流阶跃信号作用下，分析q轴一个周期T电流环PID参数；

分析时将电流阶跃信号周期分为高电平区间[0，T/2]、低电平区间[T/2，T]；

电流阶跃信号函数用e(t)表示，高电平区间电流响应函数用e1(t)表示，低电平区间电流响应函数用e2(t)表示；

高电平区间为满足幅值变化的动态响应，采用PI调节；低电平区间保证低电平稳定性，采用PD调节；

ITAE整定准则表达式为t表示时间，|e(t)|表示实际输出与期望输出的偏差值绝对值，ITAE准则控制系统瞬态响应振荡性小，对系统参数具有良好的选择性；对于伺服系统，电流环通过ADC采样得到跟踪响应电流，即为离散控制系统；

对P值进行整定，初值P(0)对应ITAE指标为E(0)；P(i)对应ITAE指标为E(i)；i∈[1，∞)，i∈n；

按照自适应粒子群优化算法对P值进行动态赋值，变量P(i)值所对应的适应度函数用fi表示，当fi＜2％时，此时得到最优伺服整定P(i)值，自适应粒子群优化算法公式如下：

x(t+1)＝wx(t)+c1r1(pbest-x(t))+c2r2(gbest-x(t))；

w＝(wmax-wmin)×exp(-β(t/Tmax)²)+wmin；

式中w为惯性权重，初始值取0.8，c1、c2为常数2，r1、r2为分布于[0，1]范围内的随机数，pbest为粒子本身找到的最优解，全局极值gbest为整个粒子群当前最优解；式中β取值由经验决定，为β∈[15，20]；

根据群体适应度方差δ²判别局部极值是否是全局极值，群体适应度方差定义为下式：

式中n为粒子数，fi为第i个粒子适应度，favg为粒子群目前平均适应度，f为归一化定标因子，f的取值为下式：

f＝max{1，max|f1-favg|}，i∈[1，n]；

如果出现粒子群过早收敛，则执行变异操作：

gbest＝gbest×(1+τ×0.5)

τ为服从标准正态分布的随机变量，对gbest执行随机变异操作用来提高离子群算法跳出局部最优解的能力；

在确定最优伺服系统P值后，分别整定高电平区间I值，D值取0和低电平区间D值，I值取0；

对得到的整定参数进行校验，若作用下的电流闭环阶跃响应满足快速、稳态误差小等特征，则认为参数整定结果满足电流环控制整定要求，整定过程结束，否则重新进行整定。

作为本发明的优选实施例，所述电压传感器的电路包括：开关电容VBE分压电路、PTAT电压产生电路；

VDD倍压电路的输出端2*VDD与开关电容VBE分压电路的电源电压输入端相连接，偏置电路的第二输出偏置电压Vbias2与开关电容VBE分压电路的偏置输入端Vbias2相连接，第二时钟自举电路的输出端2*CLK1与开关电容VBE分压电路的第一开关电容输入控制端A相连接，第三时钟自举电路的输出端2*CLK2与开关电容VBE分压电路的第二开关电容输入控制端B相连接，第四时钟自举电路的输出端2*CLK3与开关电容VBE分压电路的第三开关电容输入控制端C相连接，第五时钟自举电路的输出端2*CK4与开关电容VBE分压电路的第四开关电容输入控制端D相连接；VDD倍压电路的输出端与PTAT电压产生电路的电源电压输入端相连接；开关电容VBE分压电路的输出端输出第一开关电容VBE分压电压K*VBE，PTAT电压产生电路的输出端输出第一PTAT电压，带隙基准核心电路的输出端输出直流带隙基准电压，基准电压为0.2373V。

使用时，通过电压插头7、电流插头6上的导线分别与电机的接线柱、电流互感器连接，实现电机的电流与电压检测，同时传感器板上的电流传感器、电压传感器实现电流与电压的信号的转换，转换后传输给收集卡13，收集卡13将电压、电流信号传输给显示屏4，通过显示屏4实现数据的显示，同时在设备运行时，散热风扇3实现散热；可通过显示屏4选择数据显示形式，数据显示、波形显示等；箱体1外面铺设有太阳能电池板可对诊断箱实时供电储能。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。