对用于永磁同步电机驱动系统轴偏移与质量不平衡故障诊断的在线状态监测方法中故障特征的研究

《IEEE Open Journal of Industry Applications》：An Investigation of Fault Signatures in Online Condition Monitoring Methods for Shaft Misalignment and Mass Unbalance Fault Diagnosis of PMSM Driven Systems

　　

摘要：

永磁同步电机驱动系统中的机械故障会引发干扰和系统中断，从而导致性能下降和可靠性降低。有效的故障诊断对于早期发现和识别故障至关重要，这有助于及时进行维护，减少停机时间，并提升系统的运行效率。本文研究了在线状态监测方法中的故障特征，重点关注永磁同步电机驱动系统的机械故障诊断。研究分析了角向轴不对中和质量不平衡两种故障在不同严重程度下的表现。通过三轴振动、声发射、定子电流、轴向和径向杂散磁通以及轴扭矩等参数来检测故障、评估故障严重程度并区分不同故障类型。首先建立了理论框架，描述了特定机械故障对永磁同步电机机械特性和电磁特性的影响，从而能够识别出与故障相关的特征信号。此外还搭建了实验测试平台，该平台集成了永磁同步电机以及振动、电流、杂散磁通、声发射和扭矩传感器。在额定工作条件以及不同转速和负载条件下分析了故障特征，同时研究了负载和转速的瞬变情况。最后，采用互信息、随机森林和沙普利加性解释等数据驱动方法来确定最具诊断价值的传感器。实验结果表明，在实现准确、及时的低成本永磁同步电机故障诊断方面，诊断性能、实际应用可行性以及将领域知识与数据驱动方法相结合的有效性之间存在权衡关系。