一种机电设备故障智能诊断系统的制作方法

本发明涉及设备电信号故障检测，具体涉及一种机电设备故障智能诊断系统。

背景技术：

1、机电设备是指集机械和电气两方面功能于一体的设备，通常机械部分负责机械传动、动力输送和动力转换等方面，电气部分负责供电转换和系统控制等。机电设备在日常生活中扮演着关键的角色，推动社会的发展和进步。其中电气部分中最重要的供电转换，主要是将电输入转换为设备所需要的电力输出，负责整个设备能源供给。

2、当机电设备的供电转换模块发生故障时，将直接影响设备的正常运行，因此需要对设备的供电转换模块进行检测。sos异常检测算法是一种基于统计学的异常算法，具备较高的灵活性和实时性，适用于对供电转换模块进行检测。但是在传统的sos异常检测算法往往选用固定的近邻数，但是对于灵活多变的监测数据，固定的近邻数不能够很好的衡量数据局部相对密度，容易造成对数据的漏检和误检。

3、综上所述，本发明提出了一种机电设备故障智能诊断系统，通过分析供电转换模块的电流信号分布，能够自适应调整sos异常检测算法的近邻数。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种机电设备故障智能诊断系统，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明提出了一种机电设备故障智能诊断系统，所述系统包括：

3、数据采集模块：采集各时间窗口内输入电流和输出电流信号；

4、数据处理模块：将固定时间长度作为一个时间窗口；在各时间窗口内，根据各时刻的输入、输出电流进行时间序列划分得到各输入、输出电流子序列；通过离散傅里叶变换得到各输入、输出电流子序列的频域响应；根据各频率响应中每个频率及对应能量得到各频率响应中的基波和可靠谐波分量；根据可靠谐波分量的能量及频率得到可靠谐波分量的谐波能量集中富集率；根据可靠谐波分量与基波之间的能量差与频率差及谐波能量集中富集率得到频率响应的谐波偏移系数；根据可靠谐波分量的能量范围及频率范围及谐波偏移系数得到频率响应的谐波扰动紊乱系数；对于各输出电流子序列的频率响应，根据频率响应的基波的能量及频率与预设目标能量及频率之间的差异得到频率响应的频漂能量比；根据频率响应的谐波扰动紊乱系数及频漂能量比得到频率响应的基波受扰频移因子；根据谐波扰动紊乱系数及基波受扰频移因子得到时间窗口的变频器双通道故障判定系数，以获取时间窗口的sos异常检测算法自适应近邻数；

5、预警模块：根据各时间窗口的sos异常检测算法自适应近邻数结合sos异常检测算法进行异常检测。

6、优选的，所述根据各时刻的输入、输出电流进行时间序列划分得到各输入、输出电流子序列，具体包括：

7、通过dtc时间序列聚类模型对所有时刻的输入、输出电流信号进行聚类得到各聚类簇，将各聚类簇中输入电流信号的时间序列作为输入电流子序列，将各聚类簇中输出电流信号的时间序列作为输出电流子序列。

8、优选的，所述根据各频率响应中每个频率及对应能量得到各频率响应中的基波和可靠谐波分量，具体包括：

9、对于各频域响应，将频率响应中能量最大的频率对应的波作为频率响应的基波；将频率响应的各包络中能量最大的频率对应的波作为频率响应的各谐波分量；将频率大于预设阈值的谐波分量作为可靠谐波分量。

10、优选的，所述根据可靠谐波分量的能量及频率得到可靠谐波分量的谐波能量集中富集率，具体包括：

11、获取各可靠谐波分量的带宽；计算可靠谐波分量与基波之间的频率比值；计算以自然常数为底数、以所述频率比值的相反数为指数的指数函数的计算结果；计算可靠谐波分量在频率响应中的能量与所述计算结果的乘积；将所述乘积与可靠谐波分量带宽的比值作为可靠谐波分量的谐波能量集中富集率。

12、优选的，所述根据可靠谐波分量与基波之间的能量差异与频率差异及谐波能量集中富集率得到频率响应的谐波偏移系数，具体包括：

13、计算各可靠谐波分量与基波之间的能量差值与频率差值；计算所述频率差值与所述能量差值的比值；计算各可靠谐波分量的谐波能量集中富集率与所述比值的乘积；将所有可靠谐波分量的所述乘积的平均值作为频率响应的谐波偏移系数。

14、优选的，所述根据可靠谐波分量的能量范围及频率范围及谐波偏移系数得到频率响应的谐波扰动紊乱系数，具体包括：

15、计算所有可靠谐波分量的能量中的最大能量和最小能量；计算所述最大能量与所述最小能量之间的差值，记为能量差值；计算所述最大能量与所述最小能量的对应频率之间的差值，记为频带宽度；将所述能量差值与所述频带宽度的比值作为频域响应的最值带宽比；

16、计算以自然常数为底数、以频率响应的最值带宽比与1的和值为真数的对数函数的计算结果；将频率响应的谐波偏移系数与所述计算结果的乘积作为频率响应的谐波扰动紊乱系数。

17、优选的，所述根据频率响应的基波的能量及频率与预设目标能量及频率之间的差异得到频率响应的频漂能量比，具体包括：

18、计算频率响应的基波频率与预设目标频率的差值绝对值；计算频率响应的基波的能量与预设目标能量的比值绝对值；计算以自然常数为底数、以所述比值绝对值为真数的对数函数的计算结果的绝对值；将所述计算结果的绝对值与所述差值绝对值的乘积作为频率响应的频漂能量比。

19、优选的，所述根据频率响应的谐波扰动紊乱系数及频漂能量比得到频率响应的基波受扰频移因子，具体包括：

20、计算以自然常数为底数、以频率响应的谐波扰动紊乱系数为指数的指数函数的计算结果；将频率响应的频漂能量比与所述计算结果的乘积作为频率响应的基波受扰频移因子。

21、优选的，所述根据谐波扰动紊乱系数及基波受扰频移因子得到时间窗口的变频器双通道故障判定系数，以获取时间窗口的sos异常检测算法自适应近邻数，具体为：

22、根据谐波扰动紊乱系数及基波受扰频移因子得到时间窗口的变频器双通道故障判定系数的表达式为：

23、

24、式中，表示在第个时间窗口的变频器双通道故障判定系数，表示在第个时间窗口内划分聚类簇的个数，表示在第个时间窗口内第m个聚类簇的输入电流子序列的谐波扰动紊乱系数，表示在第个时间窗口内第m个聚类簇的输出电流子序列的基波受扰频移因子，表示在时间窗口内出现的二元概率，表示以2为底的对数函数；

25、将时间窗口的变频器双通道故障判定系数向上取整后的值与预设近邻调整因子之间的最大值作为时间窗口的sos异常检测算法自适应近邻数；

26、其中二元概率为：将第m个输入电流子序列频率响应的谐波扰动紊乱系数与第m个输出电流子序列频率响应的基波受扰频移因子组成第m个二元组，获取时间窗口内的所有二元组，获取第m个二元组在所有二元组中出现的概率，记为二元概率。

27、优选的，所述根据各时间窗口的sos异常检测算法自适应近邻数结合sos异常检测算法进行异常检测，具体为：

28、将各时间窗口的sos异常检测算法自适应近邻数和输出电流信号的时间序列作为sos异常检测算法的输入，sos异常检测算法输出为各时间窗口中的异常电流的采样点；若连续超过预设数量个时间窗口的异常电流的采样点数量大于预设数量阈值，则供电变频模块存在异常，反之，则供电变频模块正常。

29、本发明具有如下有益效果：

30、本发明通过采集机电设备供电变频模块的输入、输出电流信号，分析电流信号的频域响应，根据频域响应中基波与各谐波分量之间能量及频率差异构建谐波能量集中富集率，结合各谐波分量的带宽构建谐波偏移系数，结合谐波分量的能量范围及频率范围构建谐波扰动紊乱系数，能够衡量谐波分量对设备运行的影响；根据输出端信号频域响应中基波的能量和频率与预设目标数据之间的差异构建基波受扰频移因子；计算二者的二元混合熵得到变频器双通道故障判定系数，当其大于原始的固定近邻数时，将其作为sos异常检测算法的自适应近邻数，对输出电流信号进行异常检测，与传统算法相比，能够利用输入端和输出端的电流信号谐波的影响，自适应的调整窗口内近邻数，提高对机电设备运行状态的准确检测，提升算法检测的准确率和实时性。