基于模糊灰色關(guān)聯(lián)度分析的船用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估

張松濤，吉 哲，呂 飛

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基于模糊灰色關(guān)聯(lián)度分析的船用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估

張松濤，吉 哲，呂 飛

(海軍士官學(xué)校，安徽蚌埠 233012)

對(duì)船用三相異步電機(jī)進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)評(píng)估，可科學(xué)掌握電動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)，為裝備維修提供輔助決策。本文在查閱文獻(xiàn)、征求專家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地建立了船用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系，并通過(guò)模糊數(shù)的方法確定了各指標(biāo)權(quán)重，最后建立了基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的技術(shù)狀態(tài)評(píng)估模型。經(jīng)實(shí)例分析表明，基于模糊灰色關(guān)聯(lián)度分析的船用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估方法合理可行。

船用三相異步電動(dòng)機(jī) 灰色關(guān)聯(lián)度分析 模糊 評(píng)估

0 引言

船用三相異步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于船舶電力拖動(dòng)設(shè)備，是船舶上一種重要的動(dòng)力設(shè)備。船用電動(dòng)機(jī)雖然比普通電動(dòng)機(jī)有更高的防護(hù)等級(jí)，但其長(zhǎng)期工作在“高溫”、“高濕”、“高鹽”的工作環(huán)境中，極易受到惡劣環(huán)境的影響，使電動(dòng)機(jī)的技術(shù)性能受到較大影響，進(jìn)而影響船舶電力拖動(dòng)設(shè)備的正常使用。

為了確保船用電動(dòng)機(jī)的正常使用，船員會(huì)定期對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣值等部分技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以初步判斷電動(dòng)機(jī)能否允許正常啟動(dòng)，但并不能確定電動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)。文獻(xiàn)[1]通過(guò)測(cè)量電機(jī)的振動(dòng)值對(duì)電機(jī)進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，文獻(xiàn)[2]通過(guò)測(cè)量電機(jī)的溫度、電量和振動(dòng)值對(duì)電機(jī)進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，文獻(xiàn)[3]通過(guò)測(cè)量異步電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、轉(zhuǎn)速波動(dòng)、電流和絕緣對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以上方法均選取了影響電動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)的部分參數(shù)對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，指標(biāo)體系不夠全面，為了更加客觀地對(duì)船用電動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，需要建立更加全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用適當(dāng)?shù)脑u(píng)估方法，進(jìn)而對(duì)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)做出客觀的評(píng)估。

1 船用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系的建立

通過(guò)調(diào)研、查閱文獻(xiàn)和專家咨詢，按照各指標(biāo)相互獨(dú)立的原則，對(duì)船用三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行深入分析，選取了絕緣、電流、振動(dòng)、溫升和轉(zhuǎn)速波動(dòng)共5個(gè)參數(shù)作為評(píng)估指標(biāo)。

1.1 絕緣

船用電動(dòng)機(jī)的絕緣是各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)中非常重要的一個(gè)指標(biāo)，電動(dòng)機(jī)的絕緣測(cè)量也是船員的一項(xiàng)經(jīng)常性工作，電動(dòng)機(jī)的絕緣一旦低于規(guī)定值（一般為0.5MΩ），就不允許啟動(dòng)，否則容易造成事故。三相電動(dòng)機(jī)絕緣值包括相間絕緣和三相對(duì)地絕緣值共6組數(shù)據(jù)，為了能夠嚴(yán)格地電動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)做出評(píng)估，選取測(cè)得絕緣值的最低值作為評(píng)估指標(biāo)值。

1.2 電流

測(cè)量三相異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的線電流值共3組數(shù)據(jù)，分別計(jì)算三相電流不平衡度，取三相電流不平衡度的最大值作為評(píng)估值。

1.3 振動(dòng)

引起電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的主要原因有電氣故障和機(jī)械故障，參數(shù)包括位移、速度和加速度等，在進(jìn)行實(shí)際振動(dòng)測(cè)量時(shí)，多采用位移作為判斷依據(jù)。

1.4 溫升

電動(dòng)機(jī)的溫升值也能反應(yīng)出電動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)。

1.5 轉(zhuǎn)速波動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條故障、軸承損壞等故障時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的測(cè)量也能反應(yīng)出電動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)。

2 指標(biāo)去量綱化

由于各指標(biāo)的量綱不同，而且各指標(biāo)數(shù)值差異較大，不能直接進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，應(yīng)把各指標(biāo)值進(jìn)行去量綱化處理。對(duì)于指標(biāo)值越大，技術(shù)狀態(tài)越好的指標(biāo)稱為正指標(biāo)，反之，為負(fù)指標(biāo)。本文建立的指標(biāo)體系中，絕緣為正指標(biāo)，其余均為負(fù)指標(biāo)。設(shè)每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象有個(gè)指標(biāo)，則對(duì)于正指標(biāo)，采用公式（1）進(jìn)行無(wú)量綱化處理：

對(duì)于負(fù)指標(biāo)，采用公式（2）進(jìn)行無(wú)量綱化處理：

i為去量綱化處理后的數(shù)值，i為去量綱化處理之前的數(shù)值，max、min分別為同一指標(biāo)中的最大值和最小值。

3 基于模糊數(shù)的權(quán)重確定

確定權(quán)重時(shí)，先向船用電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)研究員、操作使用員和維修員進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，由其對(duì)各指標(biāo)間的相對(duì)重要程度進(jìn)行判定，建立判斷矩陣，進(jìn)而求出權(quán)重。指標(biāo)相對(duì)重要程度比較多采用確定數(shù)值，由于調(diào)研對(duì)象的個(gè)人偏好和判斷能力不同，很難用一個(gè)確定數(shù)值把比較值表示出來(lái)，如果采用模糊數(shù)來(lái)表示就容易些，具體標(biāo)度規(guī)則見(jiàn)表1。

采用基于模糊數(shù)的互補(bǔ)兩兩比較賦權(quán)法[4-6]，得出判斷矩陣：

Lee和Li定義了模糊集的綜合指標(biāo)：

是由決策者確定的權(quán)值，可反映決策者對(duì)均值和散布的重視程度，這里取=0.6。最后，對(duì)求得的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，即得出權(quán)重。

通過(guò)對(duì)8名設(shè)計(jì)研究員、7名操作使用員和10名維修員的問(wèn)卷調(diào)查，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出1=0.3153，2=0.1985，3=0.1305，4=0.2538，5=0.1019。

4 基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的評(píng)估模型

灰色關(guān)聯(lián)度分析[8-11]是一種多因素統(tǒng)計(jì)方法，以樣本數(shù)據(jù)為參考，用灰色關(guān)聯(lián)度來(lái)描述各因素（指標(biāo)）間關(guān)系的大小和排序，一般有以下幾個(gè)步驟：

4.1 確定分析序列

ij(1≤≤,1≤≤)為無(wú)量綱化處理后的第個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第個(gè)指標(biāo)值，0j(1≤≤)為選定的參考值。

4.2 計(jì)算差序列

利用公式（8）建立一個(gè)差序列，

4.3 求關(guān)聯(lián)系數(shù)

通過(guò)公式（9）求得關(guān)聯(lián)系數(shù)，建立關(guān)聯(lián)矩陣。

4.4 計(jì)算關(guān)聯(lián)度

通過(guò)公式（10）求得關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而得出評(píng)估結(jié)果。

5 實(shí)例研究

設(shè)為某型船用三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)，i(i=l，2，?，5)依次表示絕緣、電流、振動(dòng)、溫升和轉(zhuǎn)速波動(dòng)，該型電動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)等級(jí)分為優(yōu)（I）、良（II）、中（III）、差（IV）四個(gè)等級(jí)，具體技術(shù)狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

某臺(tái)該型電動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

按照前文的步驟，進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算過(guò)程中，選取級(jí)別I的指標(biāo)值作為參考值，同時(shí)把各分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)值與待評(píng)估電機(jī)的各指標(biāo)值一并列入分析序列進(jìn)行計(jì)算排序，以確定待評(píng)估電機(jī)的技術(shù)狀態(tài)等級(jí)。經(jīng)計(jì)算排序，得出關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果：級(jí)別I=1>待評(píng)估電機(jī)=0.7597>級(jí)別II=0.7590>級(jí)別III=0.5364>r級(jí)別IV=0.4444。可以看出，待評(píng)估電機(jī)的關(guān)聯(lián)度高于級(jí)別II的關(guān)聯(lián)度，低于級(jí)別I的關(guān)聯(lián)度，因此待評(píng)估電機(jī)的技術(shù)狀態(tài)為II級(jí)，即技術(shù)狀態(tài)為“良”，與專家的判斷評(píng)估完全一致，說(shuō)明本方法可行。

6 結(jié)語(yǔ)

本文綜合采用船用三相異步電動(dòng)機(jī)的絕緣、電流、振動(dòng)、溫升和轉(zhuǎn)速波動(dòng)等參數(shù)，建立了電機(jī)技術(shù)狀態(tài)評(píng)估指標(biāo)體系，用三角模糊數(shù)確定了難以直接量化的權(quán)重值，建立了基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的評(píng)估模型，最后通過(guò)案例分析驗(yàn)證了本方法的可行性，本文提出的方法可用于船舶三相異步電動(dòng)機(jī)的維修輔助決策。

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Technical Condition Assessment of Three-Phase Asynchronous Motor for Ships Based on Fuzzy Theory and Grey Relation Analysis

Zhang Songtao, Ji Zhe, Lyu Fei

(Navy Petty Officer Academy, Bengbu 233012, Anhui, China)

TM301

A

1003-4862（2018）07-0038-04

2018-03-15

張松濤（1982-），男，碩士，講師。研究方向：艦艇電氣。