电机的转速估计方法

本发明涉及电机转速估计，尤其涉及一种电机的转速估计方法。

背景技术：

1、电机（例如电动机和发电机）可以将机械能和电能互相转化，在生活中得到广泛应用。相关文献表明，近2/3的工业用电是来自于电机。一般来说，精确的速度控制对于保证电机的性能至关重要，这是通过以转速作为反馈变量的闭环控制策略来实现的。转速可以通过不同类型的转速计来测量。但需要注意的是，速度传感器的安装会占用额外的空间和成本，并增加系统的复杂性。因此，无传感器条件下电机控制策略很有意义。从另一方面来说，电机的状态监测和故障诊断对于保证安全运行、降低维护成本、避免工业事故至关重要。

2、现有的基于电机振动信号的转速估计方法主要可以分为两部分：一是从振动信号的时频表达中直接估计转速，如已现有发明cn107783938b中，其利用最小二乘法对包络跟踪滤波器进行参数优化，从而修正参数化时频分析方法中粗略估计的振动信号瞬时频率，完成转速的估计。另一种思路是利用信号分解技术，将信号分解为不同的成分，选择感兴趣的成分进行转速估计，以消除无关成分造成的影响，如现有发明cn106849801b。

3、通过对现有技术的检索研究发现，现有的技术方案为了实现估计精度的要求，引入了许多参数，这大大提高了转速估计技术的计算复杂度，诚然估计精度得到了提升，但是局部估计误差的改善可能不足以平衡算法复杂度的巨大增加。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种电机的转速估计方法。本发明的技术方案如下：

2、一种电机的转速估计方法，其包括：

3、s1，获取电机运行状态下的振动信号；

4、s2，对振动信号进行短时傅里叶变换，以将振动信号从时域转换到时频域，得到振动信号的时频表达；

5、s3，通过预设幅度阶次的各个取值对时频表达的幅度谱进行调制，得到预设幅度阶次的每个取值对应的增强时频表达；所述预设幅度阶次包括多个取值且相邻的取值间隔指定数值；

6、s4，计算每个增强时频表达的时频表达基尼系数；

7、s5，选择时频表达基尼系数最大的增强时频表达作为最优的增强时频表达，用于转速估计；

8、s6，使用脊线提取算法从最优的增强时频表达中提取时频脊线，所提取的时频脊线即为估计的电机转速。

9、可选地，所述s2在具体实现时，包括：通过公式（1）对振动信号进行短时傅里叶变换；

10、（1）；

11、公式（1）中，表示振动信号，表示振动信号的时频表达，表示频率，表示时间，和分别表示时频表达的幅度谱和相位谱，为滑动窗口函数；表示时间平移参数。

12、可选地，所述s3在通过预设幅度阶次的任一个取值对时频表达的幅度谱进行调制时，通过如下公式（2）来实现：

13、（2）；

14、公式（2）中，表示预设幅度阶次的第 j个取值，表示通过预设幅度阶次的第 j个取值对时频表达的幅度谱进行调制得到的第 j个增强时频表达。

15、可选地，所述s4在具体实现时，包括：

16、s41，将每个增强时频表达中的所有元素展平为一维数组；

17、s42，按升序对每个一维数组中的所有元素进行排序，得到每个一维数组的排序数组；

18、s43，根据每个一维数组的排序数组计算每个增强时频表达的时频表达基尼系数。

19、可选地，对于任一个排序数组，所述s43在具体实现时，通过如下公式（3）实现；

20、（3）；

21、公式（3）中，表示第 j个增强时频表达的时频表达基尼系数， n表示第 j个增强时频表达的排序数组中元素的数量，表示第 j个增强时频表达的排序数组中的第 i个元素。

22、可选地，所述预设幅度阶次的取值范围为0到1，且相邻的取值间隔0.1。

23、上述所有可选技术方案均可任意组合，本发明不对一一组合后的结构进行详细说明。借由上述方案，本发明的有益效果如下：

24、通过预设幅度阶次中的各个取值对时频表达的幅度谱进行调制，来给振动信号的时频表达的幅度谱赋予一个预设幅度阶次，可以调节幅度谱中不同频率成分的相对幅度，便于抑制与转速不相关或干扰的频率成分，使转速可以从其他无关干扰频率成分中分离出来，进而增强了转速成分的分辨率，从而便于完成转速估计；通过选择时频表达基尼系数最大的增强时频表达作为最优的增强时频表达来估计转速，使得估计的转速更加准确。通过基于预设幅度阶次的各个取值对时频表达的幅度谱进行调制的调制结果来进行转速估计，相较于现有的电机转速估计方法，没有任何预置参数要求，也不需要进行参数迭代，大幅降低了计算复杂度，节省了计算时间。综上，本发明实施例提供的方法，在保证了转速估计精度的同时，大幅降低了计算复杂度，节省了计算时间，具有良好的工业应用前景。

25、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种电机的转速估计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电机的转速估计方法，其特征在于，所述s2在具体实现时，包括：通过公式（1）对振动信号进行短时傅里叶变换；

3.根据权利要求2 所述的电机的转速估计方法，其特征在于，所述s3 在通过预设幅度阶次的任一个取值对时频表达的幅度谱进行调制时，通过如下公式（2）来实现：

4.根据权利要求1所述的电机的转速估计方法，其特征在于，所述s4在具体实现时，包括：

5.根据权利要求4所述的电机的转速估计方法，其特征在于，对于任一个排序数组，所述s43在具体实现时，通过如下公式（3）实现；

6.根据权利要求1所述的电机的转速估计方法，其特征在于，所述预设幅度阶次的取值范围为0到1，且相邻的取值间隔0.1。

技术总结本发明涉及一种电机的转速估计方法，属于电机转速估计技术领域。包括：获取电机运行状态下的振动信号；对振动信号进行短时傅里叶变换，得到振动信号的时频表达；通过预设幅度阶次的各个取值对时频表达的幅度谱进行调制，得到预设幅度阶次的每个取值对应的增强时频表达；计算每个增强时频表达的时频表达基尼系数；选择时频表达基尼系数最大的增强时频表达作为最优的增强时频表达，用于转速估计；使用脊线提取算法从最优的增强时频表达中提取时频脊线，所提取的时频脊线即为估计的电机转速。本发明在保证了转速估计精度的同时，大幅降低了计算复杂度，节省了计算时间，具有良好的工业应用前景。技术研发人员：王宏伟,方志文,王洪利,张嘉鑫,姚林虎,管盛宇,胡旭东受保护的技术使用者：太原理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29