基于数据分析的电机驱动优化管理系统的制作方法

本发明涉及大数据，尤其涉及一种基于数据分析的电机驱动优化管理系统。

背景技术：

1、随着工业4.0和智能制造的兴起，生产过程的自动化和智能化水平不断提高。电机驱动系统作为智能工厂的重要组成部分，需要实现与上级控制系统(如plc、dcs等)的紧密联动，以满足复杂生产过程的精确控制需求。

2、公开号为cn109910918a的专利文献公开了一种内燃发电机组加超级电容的混合动力列车能量管理策略的优化方法及系统，包括：能量管理系统、混合动力系统、自动驾驶系统、牵引系统；自动驾驶系统计算出列车运行时实际所需求的牵引力ft*，并传递至牵引系统；牵引系统将实际的需求牵引力传送至牵引电机，产生作用于列车车体运动的轮轴牵引力；能量管理系统根据列车在不同线路的运动状态以及混合动力系统实际需求的能量状态，进行合理规划，使得混合动力系统在最优状态下工作。混合动力系统为列车的牵引系统提供能量，并将自身的状态信息发送至能量管理系统。

3、由此可见存在以下问题：现有技术中由于超级电容器作为能量存储设备，其充放电循环寿命有限，随着使用次数的增加从而导致效率降低和使用寿命低的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于数据分析的电机驱动优化管理系统，用以克服现有技术中由于超级电容器作为能量存储设备，其充放电循环寿命有限，随着使用次数的增加从而导致效率降低和使用寿命低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于数据分析的电机驱动优化管理系统，包括：

3、采集模块，用以实时采集电机的电流、电压、温度和转速以得到实时数据，根据所述实时数据获取对应的历史数据，还用以采集球磨机的负载数据和周围的环境数据，所述负载数据包括原料湿度、原料硬度和进料量，所述环境数据包括湿度、温度和灰尘量；

4、分析模块，与所述采集模块连接，用以根据所述实时数据和所述历史数据预测所述电机的运行效率以得到预测运行效率；

5、预测模块，与所述分析模块连接，根据所述原料湿度、所述原料硬度、所述进料量和所述预测运行效率构建关系模型优化所述预测运行效率以得到优化运行效率，分析所述湿度、所述温度和所述灰尘量对所述优化运行效率的影响程度以得到电机健康指数；

6、调整模块，与所述预测模块连接，根据所述电流和所述电压计算实际输入功率，根据所述实际输入功率和所述优化运行效率计算所述优化输出功率，根据所述优化输出功率和预设的目标输出功率进行比较以得到比较结果，根据所述比较结果和所述电机健康指数制定调整策略。

7、进一步地，所述分析模块包括：

8、第一数据预处理单元，用以对所述实时数据和所述历史数据进行清洗、转化和归一化的处理以得到第一处理结果；

9、第一特征提取单元，与所述第一数据预处理单元连接，用以对所述第一处理结果进行电流的谐波成分、电压的稳定性、温度的分布和转速波动的提取以得到第一特征结果；

10、模型构建单元，与所述第一特征提取单元连接，用以根据所述第一特征结果构建预测模型预测所述预测运行效率。

11、进一步地，所述模型构建单元包括：

12、模型训练子单元，用以根据所述特征结果和所述历史数据的一部分数据训练所述预测模型以得到训练模型；

13、模型验证子单元，与所述模型训练子单元连接，用以根据所述历史数据的另一部分数据对所述训练模型进行验证以得到验证模型；

14、模型优化子单元，与所述模型验证子单元连接，用以对所述验证模型进行优化以预测所述预测运行效率。

15、进一步地，所述预测模块包括：

16、数据集成单元，用以将所述原料湿度、所述原料硬度、所述进料量和所述预测运行效率集成为一个数据集；

17、第二特征提取单元，与所述数据集成单元连接，用以提取所述数据集的原料硬度等级、进料量分布和进料速率以得到第二特征结果；

18、模型训练单元，与所述第二特征提取单元连接，用以将所述第二特征结果作为模型的输入参数构建第二预测模型并对所述第二预测模型进行训练以预测所述优化运行效率。

19、进一步地，所述预测模块还包括：

20、第二数据预处理单元，用以对所述湿度、所述温度、所述灰尘量和所述优化运行效率进行滤波、去噪和归一化的处理以得到第二处理结果；

21、程度影响分析单元，用以分析所述湿度、所述温度和所述灰尘量对所述优化运行效率之间的关系以得到分析结果；

22、第三特征提取单元，与所述第二数据预处理单元连接，用以提取所述第二处理结果的湿度水平、温度范围、灰尘量阈值以得到第三特征结果；

23、健康指数计算单元，与所述程度影响分析单元和所述第三特征提权单元分别连接，用以根据所述分析结果和所述第三特征结果计算所述电机健康指数。

24、进一步地，所述影响程度分析单元包括：

25、湿度影响子单元，用以分析所述湿度对所述优化运行效率的影响以得到第一分析结果；

26、温度影响子单元，用以分析所述温度对所述优化运行效率的影响以得到第二分析结果；

27、灰尘量影响子单元，用以分析所述灰尘量对所述优化运行效率的影响以得到第三分析结果；

28、因素交互影响子单元，用以分析所述温度、所述湿度和所述灰尘量之间的相互作用以得到第四分析结果；

29、程度排名子单元，与所述湿度影响子单元、温度影响子单元、灰尘量影响子单元和因素交互影响子单元分别连接，根据所述第一分析结果、所述第二分析结果、所述第三分析结果和所述第四分析结果计算所述温度、所述湿度和所述灰尘量的影响程度以得到影响评分，根据所述影响评分制定优先级。

30、进一步地，所述调整模块包括：

31、功率因数计算单元，用以根据所述电压和所述电流测量相位差以得到功率因数；

32、输入功率计算单元，与所述功率因数计算单元连接，根据所述功率因数、所述电流和所述电压计算所述实际输入功率；

33、输出功率计算单元，与所述输入功率计算单元连接，根据所述实际输入功率和所述优化运行效率计算所述优化输出功率。

34、进一步地，所述调整模块还包括：

35、目标输出功率设定单元，用以设定所述目标输出功率；

36、功率比较单元，与所述目标输出功率设定单元连接，用以根据所述优化输出功率和所述目标输出功率进行比较以得到比较结果；

37、调整策略制定单元，与所述功率比较单元连接，根据所述比较结果和所述电机健康指数制定所述调整策略。

38、进一步地，所述功率比较单元包括：

39、目标功率接收子单元，用以接收所述目标输出功率；

40、比较计算子单元，与所述目标功率接收子单元连接，用以将所述实际输出功率与所述目标输出功率进行比较确定所述实际输出效率是否存在功率偏差，其中，

41、所述实际输出功率大于等于所述目标输出功率，则所述实际输出功率不存在偏差；

42、所述实际输出功率小于所述目标输出功率，则所述实际输出功率存在偏差。

43、进一步地，所述调整策略制定单元包括：

44、工作点优化子单元，用以当所述电机的实际工作点偏离了效率最高点，将电机的工作点调整到目标效率点；

45、健康管理子单元，用以当所述电机健康指数低于预设的安全健康指数时改变电机的运行参数。

46、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过所述采集模块实时数据采集和分析，系统能够准确地了解电机的当前工作状态。基于历史数据和实时数据，所述分析模块可以预测电机的运行效率，并优化电机的工作参数。所述调整模块根据实际输入功率和优化输出功率的比较结果，调整电机的运行状态，以减少不必要的能量消耗。根据环境数据和负载条件构建关系模型，能够更准确地预测电机的使用寿命。通过优化电机的工作参数，系统能够减少无效功率的损失，从而降低整体的能耗。

47、尤其，所述数据预处理单元通过清洗、转化和归一化处理实时数据和历史数据，提高了数据的质量。所述特征结果通过提取电流谐波成分、电压稳定性、温度分布和转速波动使数据分析更加贴近电机的实际工作状况。所述模型构建单元利用提取的特征结果构建预测模型，能够准确预测电机的运行效率。

48、尤其，所述模型训练子单元和所述模型验证子单元的过程有助于提高模型在面对新数据时的泛化能力，确保模型能够稳定地预测电机运行效率。所述优化子单元通过减少特征数量和处理数据不平衡的问题，进一步增强了模型的泛化能力。

49、尤其，所述数据集成单元通过将数据集成为一个数据集，可以减少数据处理的时间和复杂性，并提高数据质量。通过所述第二特征提取单元的特征提取和所述模型训练单元的模型训练实现了从原始数据到预测结果的高效转换，不仅提高了生产效率，还有助于企业降低成本，提高产品质量，增强市场竞争力。

50、尤其，所述第二预处理单元通过滤波、去噪和归一化处理，提高了数据的质量和准确性。所述程度影响分析单元通过分析湿度、温度和灰尘量与优化运行效率之间的关系，可以识别出哪些环境因素对电机运行效率影响最大。这有助于制定针对性的维护策略，以最大化电机的效率。所述第三特征提取单元通过提取关键特征，有助于减少数据的复杂性。所述健康指数计算单元通过计算健康指数可以为电机的健康状况提供标准化评价，有助于提高整个电机群体的管理水平。

51、尤其，所述湿度影响子单元有助于识别和量化湿度变化对电机运行效率的影响，从而针对性地控制和调节湿度以提高电机效率。所述温度影响子单元能够评估环境温度对电机性能的影响，从而在设计或运行时采取措施以优化温度条件，提升电机效率和可靠性。所述灰尘量影响子单元通过分析灰尘量对电机运行效率的影响，可以采取相应的清洁和防护措施，减少灰尘对电机性能的负面影响。所述因素交互影响子单元有助于揭示湿度、温度和灰尘量等环境因素之间的相互作用，为综合优化电机运行环境提供依据。所述程度排名子单元根据各影响因素的分析结果，计算它们对电机运行效率的影响评分，为制定优化策略提供量化依据。有助于确定哪些因素对电机效率的影响最为显著，从而制定出针对性的优先级策略，提高优化措施的效率和效果。

52、尤其，所述功率因数计算单元通过实时监测功率因数，可以及时发现电机运行中的效率问题。所述输入功率计算单元通过计算实际输出功率计算，可以调整电机的负载，确保电机在最佳工作点运行，从而提高整体运行效率。所述输出功率计算单元有助于确定电机在优化状态下的理想工作点，从而提高电机的工作效率和稳定性。

53、尤其，所述目标输出功率设定单元有助于明确电机运行的目标，确保电机在高效区域内工作，提高整体运行效率。通过设定合理的功率目标，可以避免电机过载或欠载运行，延长电机寿命。所述功率单元能够实时监测电机运行状态，通过比较实际输出功率与目标输出功率，及时发现并解决电机运行中的问题。有助于确保电机始终运行在最佳效率点，减少能源浪费。所述调整策略单元根据比较结果和电机健康指数，制定针对性的调整策略，优化电机运行参数。

54、尤其，通过实时比较实际输出功率与目标输出功率，所述功率比较单元能够及时发现并纠正功率偏差从而提高电机的运行效率。通过保持电机在优化功率输出状态下运行，功率比较单元有助于减少电机因长时间在不优化状态下工作而导致的磨损，从而延长电机的使用寿命。

55、尤其，通过苏松户工作点优化子单元，电机可以在其运行周期内始终工作在最佳效率点附近，这样可以减少能量消耗，降低运营成本，并提高整体能源效率。所述健康管理子单元能够实时监测电机的健康状态，并在电机健康指数低于预设安全健康指数时及时调整运行参数，从而延长电机的使用寿命。