一种基于吸引子的定常激励下机电设备的状态检测方法

本发明属于机电设备状态检测，具体涉及一种基于吸引子的定常激励下机电设备的状态检测方法，尤其涉及一种基于吸引子的定常激励下的三相无刷直流电机的状态检测方法。

背景技术：

1、随着科学技术的迅猛发展，对设备的使用要求越来越高，设备是否能正常运行使用直接影响使用成本和工况效率等，准确获得设备的状态情况，近年来越来越受到重视并逐步得以应用。如公告号为：cn115758260b、cn116069964b、cn113806157b和cn113283504b的中国专利。

2、机电设备越来越广泛地应用于社会各个领域，如工业、通信、汽车、航空、医疗等。为了保障机电设备能够高性能无故障地运行，准确全面地检测机电设备的工作状态显得尤为重要。

3、在机电设备中，定常激励是一类工程实践中典型的激励类型，在定常激励作用下，机电设备通常具有稳态的性能特征。在对定常激励机电设备进行状态检测时，由于不同类型机电设备的功能原理有所不同，其所关注的设备性能通常存在显著差异；即使是同一类型不同型号的机电设备，设备的功能也可能发生变化，导致其所关注的设备性能也是不同的。在这一背景下，现有技术主要是针对定常激励下的同类机电设备进行状态检测，会出现通用性不强问题，难以在不同类型的机电设备之间进行迁移应用，导致消耗了大量的检测资源和时间成本。为此，现有技术中发展了很多数据驱动方法，这类方法的通用性有所提高，但缺少机电设备功能实现的物理原理，导致物理可解释性不足，使得当检测到产品出现故障状态时，难以指导产品进行设计改进。因此，针对定常激励机电设备，提出具有物理可解释性且通用性强的状态检测方法，已成为机电设备状态检测领域的重要方向。

4、但是现有基于吸引子的定常激励机电设备的状态检测技术只是基于设备的时变信号特征构造吸引子，进而评估设备状态，仍然存在前述的难以有效融合物理可解释性和通用性的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种基于吸引子的定常激励下机电设备的状态检测方法，解决了在现有技术中，对于定常激励下机电设备的状态检测难以有效融合物理可解释性和通用性不强，准确性低的问题。

2、本发明提供了一种基于吸引子的定常激励下机电设备的状态检测方法，具体包括以下步骤：

3、步骤1、构建关于广义变量的定常激励下机电设备的吸引子模型；

4、其中，定常激励下机电设备的吸引子模型由广义变量组成，广义变量包括广义坐标、广义速度、广义动量、广义外力、余能函数、余能系数矩阵、能量函数、能量系数矩阵、耗散函数、广义耗散力和耗散系数矩阵；

5、具体步骤为：

6、步骤1.1、基于哈密顿正则方程构建定常激励下机电设备的共性运行状态模型；

7、步骤1.2、基于共性运行状态模型构建吸引子模型；

8、步骤2、构建定常激励下机电设备的吸引子模型中广义变量与机电设备的对应物理量的映射；

9、步骤3、根据步骤2的映射，将待检测机电设备的物理量映射为广义变量；基于待检测机电设备的广义变量及其吸引子模型获得待检测机电设备的吸引子结果；基于待检测机电设备的吸引子结果获得该待检测机电设备的性能结果；

10、步骤4、基于步骤3的待检测机电设备的性能结果进行待检测机电设备的状态识别。

11、可选地，步骤1.1中基于哈密顿正则方程构建定常激励下机电设备的共性运行状态模型的表达式为：

12、

13、式中，为机电设备的第个广义坐标，为机电设备自由度的总数；为机电设备的第个广义速度；为机电设备的第个广义动量；为广义惯性力；和分别为机电设备的第个广义外力和广义耗散力；为机电设备的哈密顿量。

14、可选地，机电设备的哈密顿量的表达式为：

15、

16、式中，为机电设备的能量函数；为机电设备的余能函数；为广义坐标向量；为广义速度向量。

17、可选地，机电设备的余能函数和能量函数的表达式为：

18、

19、式中，为机电设备的能量系数矩阵；为机电设备的余能系数矩阵。

20、可选地，机电设备的能量系数矩阵和余能系数矩阵的表达式为：

21、

22、

23、式中，表示能量系数矩阵的第1行第1列的元素；表示余能系数矩阵的第1行第1列的元素；表示能量系数矩阵的第1行第 f列的元素；表示余能系数矩阵的第1行第 f列的元素；表示能量系数矩阵的第 f行第1列的元素；表示余能系数矩阵的第 f行第1列的元素；表示能量系数矩阵的第 f行第 f列的元素；表示余能系数矩阵的第 f行第 f列的元素。

24、可选地，机电设备的第个广义外力的表达式为：

25、

26、式中，表示施加在机电设备部组件的第个位置上的定常外力；是机电设备部组件的第 i个位置的坐标矢径； n表示机电设备部组件的位置的总数。

27、可选地，机电设备的第个广义耗散力的表达式为：

28、

29、式中，为系统的耗散函数。

30、可选地，机电设备的耗散函数的表达式为：

31、

32、式中，为机电设备部组件的第 i个位置的等效线性耗散系数；是机电设备部组件的第 i个位置的速度矢量的模。

33、可选地，根据机电设备的能量函数与广义坐标向量之间的关系，定常激励下机电设备的共性运行状态模型设置为如下三种情况：

34、情况a，当机电设备的能量函数与广义坐标向量中部分广义坐标有关时，能量系数矩阵为半正定，机电设备具有能量函数，；

35、情况b，当机电设备的能量函数与广义坐标向量中所有广义坐标均无关时，能量系数矩阵为零矩阵，机电设备不具有能量函数，；

36、情况c，当机电设备的能量函数与广义坐标向量中所有广义坐标均有关时，能量系数矩阵为正定，机电设备的能量函数，。

37、与现有技术相比，本发明至少具有现如下有益效果：

38、（1）本发明根据机电设备广义变量的特征，将定常激励下的机电设备分为三种类型，对每种类型建立基于吸引子的机电设备的性能表征和状态检测方法。

39、（2）本发明提出的方法包含定常激励机电设备运行的物理原理，具有较好的物理可解释性，对机电设备的健康/故障状态具有较高的辨识准确度。

40、（3）本发明提出的方法通用性强，具备定常激励下多场景多类型的机电设备（包括纯机械和纯电磁设备）的高适应性。所提出的模型具有物理解析形式，能够避免对定常激励机电设备的运行状态进行建模和求解的过程，显著提高检测方法的效率。而且吸引子包含机电设备的所有自由度，能够全面表征机电设备的运行状态。