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    基于滑模觀測器的電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

    2022-09-29 07:51:36陳玉玲
    計算機(jī)測量與控制 2022年9期
    關(guān)鍵詞:觀測器滑模電流

    劉 瑩,李 娜,陳玉玲

    (沈陽工學(xué)院 信息與控制學(xué)院,遼寧 撫順 113122)

    0 引言

    電流傳感器是能夠感應(yīng)到被測電流信號,并根據(jù)特定的規(guī)律將偵測到的訊息轉(zhuǎn)化為其他信息,以達(dá)到傳送、處理、儲存、顯示、記錄電力信息的目的[1]。不同類型的電流傳感器可以應(yīng)用到不同領(lǐng)域,能夠為家用電器、智能電網(wǎng)、電動車以及航天器等設(shè)備提供設(shè)備支持。電流傳感器需要安裝在不同的應(yīng)用環(huán)境中,因此部分電流傳感器會長時間處于高溫、高壓等惡劣環(huán)境中,容易發(fā)生故障。據(jù)不完全統(tǒng)計,在智能電網(wǎng)、控制系統(tǒng)等環(huán)境中,傳感器故障占硬件設(shè)備總故障的概率較高。電流傳感器發(fā)生故障會直接降低電流數(shù)據(jù)的采集精度,甚至出現(xiàn)電流參數(shù)采集與傳遞空缺,最終出現(xiàn)系統(tǒng)運行故障,嚴(yán)重時還會產(chǎn)生設(shè)備燒毀、爆炸等危險事故。為了保證電流傳感器的應(yīng)用安全以及使用價值,有必要對處于工作狀態(tài)的電流傳感器設(shè)計相應(yīng)的故障監(jiān)測系統(tǒng)。故障監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計目的就是通過主動地從傳感器上接收到各種運行信息,并對傳感器的運行錯誤進(jìn)行分析,從而實現(xiàn)設(shè)備故障監(jiān)測。該系統(tǒng)可以對電流傳感器各個組成元件的老化、過熱和火災(zāi)進(jìn)行識別。

    當(dāng)前已有學(xué)者對電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)做出了設(shè)計。文獻(xiàn)[2]提出基于瞬時振幅的電流傳感器微故障診斷方法。建立以瞬時振幅為基礎(chǔ)的電流傳感器微小故障模型,并采用 Hilbert變換估算相電流的瞬時幅度。采用 FWMPCA 技術(shù)從三維 DC信號中提取微故障概率密度分布函數(shù),建立故障檢測閾值,進(jìn)行小故障檢測與估算。文獻(xiàn)[3]提出基于可變增益狀態(tài)觀測器的電流傳感器故障容錯控制技術(shù)。采用可變增益狀態(tài)觀測器模型對電流值進(jìn)行實時估算,產(chǎn)生電流殘差,采用 CUSUM方法對傳感器故障進(jìn)行實時檢測和定位,并在故障情況下采用觀測器估計取代電流傳感器信號,對牽引系統(tǒng)進(jìn)行容錯控制。上述方法均具有一定的有效性,但對電流傳感器運行信號的觀測性能仍有待提升。

    為此在現(xiàn)有傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計了基于滑模觀測器的電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)。滑模觀測器主要是根據(jù)系統(tǒng)的外部變量的實測值得出狀態(tài)變量估計值的一類動態(tài)系統(tǒng),它能夠在一定特性下觀測元件的狀態(tài)軌跡,提升元件滑模運動的觀測精度。在電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計過程中,通過滑模觀測器的應(yīng)用,以期能夠提高對故障的監(jiān)測功能。

    1 電流傳感器故障監(jiān)測硬件系統(tǒng)設(shè)計

    1.1 電流傳感器運行數(shù)據(jù)采集器

    此次電流傳感器故障分別從設(shè)備的運行電壓和溫度兩個方面進(jìn)行監(jiān)測,因此電流傳感器運行數(shù)據(jù)采集器分為電壓傳感器和溫度傳感器兩個部分。選用VSM600D型霍爾電壓傳感模塊,溫度傳感模塊采用的是型號為MAX6675的螺釘式K型熱電偶溫度傳感器。選用采集器的外部接線方式如圖1所示。

    圖1 電流傳感器運行數(shù)據(jù)采集器接線圖

    按照圖1的接線方式,將電壓傳感器和溫度傳感器連接在一起,并安裝在待測電流傳感器的測點位置上。

    1.2 電流傳感器運行信號處理器

    電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)使用TMS320F2812作為一種專用于32位控制的、最高指令速度150 MIPS的數(shù)字信號處理器,該處理器具有高性能的計算和處理能力[4]。該系統(tǒng)的信號處理部分采用靜態(tài)CMOS技術(shù),所有的輸入端均為施密特觸發(fā),從而增強(qiáng)了設(shè)備的抗干擾性。該信號發(fā)生器的功率為3.3 V,核心電壓為1.8 V,最高功率為150 MHz[5]。

    1.3 功率驅(qū)動模塊

    從系統(tǒng)的可靠性和安全性角度出發(fā),選擇了西門驅(qū)動器SKHI23/17作為一款具有過電流保護(hù)和短路保護(hù)功能的新型智能雙管式執(zhí)行器[6]。該設(shè)備具有驅(qū)動、欠壓保護(hù)、過電壓保護(hù)等多種功能,可為系統(tǒng)提供動力。信號緩沖器、脈沖抑制器的主要功能是保證驅(qū)動信號的幅值、寬度和脈沖邊緣的最佳化,特別是當(dāng)脈沖寬度在500 ns以下的情況下,不會向IGBT輸出,以保證驅(qū)動組件的響應(yīng)速度在一個可靠的范圍內(nèi)[7]?;ユi和死區(qū)時間電路確保了上臂和下橋臂的驅(qū)動信號互鎖,也就是每個都有規(guī)則地切換,不能同時開啟,并且死區(qū)時間根據(jù)TDT2插入電阻器的變化來調(diào)節(jié),從上臂斷開至完全閉合再斷開下臂。電源監(jiān)控、故障監(jiān)控、錯誤記憶電路的功能是確保電源在13 V以下輸出ERROR,過電流和短路時輸出低,并能自動關(guān)閉電源輸出,直至故障消除為止。

    1.4 系統(tǒng)電路設(shè)計

    1.4.1 電平處理電路

    電平處理的內(nèi)容包括信號整形、信號放大以及電平轉(zhuǎn)換三個部分,將被檢測的傳感器置于電源線路上,在該裝置工作時,50 Hz的AC電流流經(jīng)該傳感器,其感應(yīng)電流的頻率是該傳感器的1/2 000。當(dāng)該裝置的工作電流是10 A時,該傳感器將會輸出一個5毫安的AC信號[8]。為了便于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集,需要把交流電轉(zhuǎn)換成直流電。電流感應(yīng)器的紅線與IN1相連,而黑線與IN2相連,AC電信號經(jīng)變壓器及整流二極管轉(zhuǎn)換為DC。圖2為信號整形電路連接圖。

    圖2 電流傳感器信號整形電路圖

    電平變換器主要用于多種輸入和輸出功能的擴(kuò)充,利用高速TTL-COMS兼容性轉(zhuǎn)換芯片,完成電平變換功能,在驅(qū)動程序作用下,既可以實現(xiàn)電平的兼容性,又可以簡化周邊電路。

    1.4.2 故障監(jiān)測保護(hù)電路

    為了確保電路和系統(tǒng)硬件安全、可靠運行,DSP還具有PDPINT的輸出信號,并與其它DSP的擴(kuò)展I/O接口相結(jié)合,可以很容易地完成對伺服系統(tǒng)的各種保護(hù),并通過設(shè)計故障監(jiān)控和保護(hù)電路,達(dá)到對系統(tǒng)設(shè)備運行過溫和驅(qū)動板故障的保護(hù)。通過NOR門電路MC14078BCP對各類故障信號進(jìn)行合成,然后將其輸入到管腳PDPINT中,在此使用的是電平變換的功能[9]。如果驅(qū)動板內(nèi)部出現(xiàn)過電流、短路、模塊驅(qū)動控制電壓不足、模塊控制控制電壓過高、模塊溫度過高等,則輸出一個故障告警信號,使得MC14078BCP輸出為低,PDPINT插針也會被拉到Low,這時DSP內(nèi)定時器就會立刻停止計數(shù),所有的輸出插針都處于高電阻狀態(tài),即PWM硬件阻塞輸出脈沖,并生成一個中斷信號,以告知出現(xiàn)了異常[10]。整個流程都是自動化的,沒有任何的程序介入。這對于快速地處理不同的故障狀況是很有幫助的。在電機(jī)溫度過高時,由熱敏開關(guān)產(chǎn)生故障,并經(jīng)光藕隔離變換到DSP輸入/輸出端口,以保證系統(tǒng)的正常工作。

    1.4.3 故障監(jiān)測結(jié)果顯示電路

    選用JLX12864G-1016型號的LCD液晶顯示器,為電流傳感器故障監(jiān)測結(jié)果的可視化輸出提供硬件支持,該型號的液晶顯示器具有良好的顯示效果、易于操作、成本低廉等特點,可廣泛用于多種人機(jī)交互顯示,充分滿足多傳感器冗余系統(tǒng)的故障信息顯示。LCD驅(qū)動芯片采用功能強(qiáng)大、穩(wěn)定性好的UC1701X,采用串行通訊方式將指令、數(shù)據(jù)傳輸給芯片,采用SPI通訊。SPI總線的標(biāo)準(zhǔn)要求有四條線路:數(shù)據(jù)輸入線路、數(shù)據(jù)輸出線路、時鐘線路和選擇線路。由于該液晶模組僅需接收數(shù)據(jù),因此不需采用數(shù)據(jù)輸出線。顯示電路中令LCD_CS信號為液晶模塊SPI總線的片選信號,低電平有效,LCD_RESET信號是液晶模塊的復(fù)位信號,復(fù)位時通過MCU置為低電平,置為高電平后液晶正常工作[11]。LCD模塊的暫存器主要有兩類:數(shù)據(jù)寄存器和指令寄存器,其中LCD_RS信號的選取,高電平的LCD_RS,低電平的LCD_RS。UC1701X具備豐富的指令功能,MCU可以根據(jù)不同的指令,以及對應(yīng)的數(shù)據(jù),實現(xiàn)所要顯示的位置和內(nèi)容。SCLK信號是通過主機(jī)MCU來控制SPI總線的時鐘信號。SDA信號為SPI總線LCD模塊的數(shù)據(jù)輸入。LEDA和LEDK是液晶的背光源和背光源的陰極,它們可以通過MCU來控制,為了使背光源的陰極更容易地被接到較低的位置,背光電源的陽極被連接到一個能影響LCD的清晰度的上拉電阻器上,一般設(shè)定為500歐姆。

    1.5 硬件設(shè)備抗干擾設(shè)計

    硬件設(shè)計中的抗干擾處理對于硬件系統(tǒng)的整體性能非常關(guān)鍵,首先確定與其他硬件設(shè)備相連接的元件的位置,再決定與組裝相關(guān)的元件的位置,以及對某些特定要求的元件的擺放位置,以及功能模塊的不同,將不同的功能模塊放在一起[12]。良好的布局很關(guān)鍵,在進(jìn)行設(shè)計時,必須要考慮到界面、關(guān)鍵設(shè)備的布置。其次,請注意電源解耦和集成晶片解耦,即在各印制板入口的電源線和地線之間,并連接一個解耦電容。利用集成晶片解耦技術(shù)將0.1 μF陶瓷電容器置于各晶片的電源和接地端。最后,留意電源線電流的大小,盡可能的增加電線的寬度,采用電源線、地線的方向和數(shù)據(jù)的傳輸方向,并在電源線和地線間增加0.1 μF的陶瓷電容器。

    2 電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

    在上述硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上,對電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計。構(gòu)建電流傳感器故障數(shù)學(xué)模型,對電流傳感器故障類型進(jìn)行分類并分別計算其特征值,利用滑模觀測器獲取傳感器運行信號,針對電流傳感器的不同故障類型,對不同的指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。最后,設(shè)置故障監(jiān)測閾值,判定待測設(shè)備是否處于故障狀態(tài),實現(xiàn)電流傳感器故障監(jiān)測。

    2.1 構(gòu)建電流傳感器故障數(shù)學(xué)模型

    電流傳感器是遵循霍爾效應(yīng)研制的硬件設(shè)備,從結(jié)構(gòu)上看,電流傳感器包含一個原邊線圈和一個副邊線圈,當(dāng)傳感器達(dá)到磁平衡時,原副邊線圈電流滿足式如下關(guān)系式:

    N1I1=N2I2

    (1)

    其中:N1和N2分別為原邊線圈和次邊線圈的匝數(shù),I1和I2對應(yīng)的是原邊電流和次邊電流。根據(jù)公式(1)可以看出,在已知的原副邊線圈的數(shù)目的情況下,通過測量副邊的電流,即可從平衡關(guān)系推斷出原邊的電流[13]。由于機(jī)械振動、電磁、噪聲等因素的干擾,以及接觸不良等因素,使得電流傳感器出現(xiàn)故障。表1表示的是常見的電流傳感器故障類型。

    表1 電流傳感器故障類型說明表

    將表1中表示的電流傳感器故障類型的運行特征進(jìn)行量化表示,其中卡死故障、增益故障和偏差故障特征可以表示為:

    (2)

    其中:yiin(t)和yiout(t)分別表示t時刻電流傳感器的輸入值和輸出值,R1、R2和R3對應(yīng)的是卡死、增益以及偏差故障類型,ki為常數(shù),用來表示傳感器輸出固定值,γi為待測電流傳感器的增益比例系數(shù),Δi為恒定偏差[14]。根據(jù)電流傳感器的時間特性,可以將故障分為突變、緩變和間歇三種形式,其中偏差故障和漂移故障屬于突變故障,增益故障滿足緩變故障類型,而間歇故障主要針對的是卡死、開路、短路等特征,其數(shù)學(xué)模型表達(dá)式如下:

    yout(t)=yin(t)+α·τ(t)

    (3)

    其中:τ(t)表示待測傳感器發(fā)生故障的時間,一般以集合的方式表示,α為間歇故障的發(fā)生幅值[15]。根據(jù)故障數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建結(jié)果,確定不同電流傳感器故障類型的基本特征,以此作為判斷待測傳感器是否存在故障的比對標(biāo)準(zhǔn)。

    2.2 利用滑模觀測器獲取傳感器運行信號

    在電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)中安裝滑模觀測器的目的是用來觀測電流傳感器待測目標(biāo)的運行狀態(tài),并收集其實時運行數(shù)據(jù)?;S^測器的設(shè)計可以分為兩個階段,首先系統(tǒng)狀態(tài)由任意初始狀態(tài)向滑模面移動,直到電流傳感器進(jìn)入滑模面,系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)入滑模面后要求其能沿著滑模面移動,并使此時的等效運動具有期望的性能。此次故障監(jiān)測系統(tǒng)中使用滑模觀測器的設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    圖3 滑模觀測器結(jié)構(gòu)框圖

    在滑模觀測器設(shè)計與應(yīng)用過程中省略了機(jī)械式或光電式編碼器,以轉(zhuǎn)子滑模觀測器代之?;S^測器的輸入信號為電流傳感器的實時運行定子電壓和電流,通過滑動薄膜控制系統(tǒng)進(jìn)行計算,將轉(zhuǎn)子的角度和速度輸出給系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和調(diào)整。

    當(dāng)電流傳感器狀態(tài)在滑模面運動時,硬件系統(tǒng)中安裝的滑模觀測器具備很好的魯棒性。對于一個多變量多輸出的非線性系統(tǒng),可用公式(4)表示的狀態(tài)方程描述。

    (4)

    式中,C為常數(shù)系數(shù),A(x)為電流傳感器狀態(tài)變量,B(x)為輸入變量,y(x)為觀測器的輸出量,u為觀測器誤差閾值[16]。由此可以將滑模觀測器的工作原理量化表示為:

    (5)

    其中:K為增益矩陣,sgn(·)為取整函數(shù)。按照上述原理,可以將電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)安裝在待測電流傳感器上,根據(jù)圖4表示的邏輯運行原理,得出傳感器實時運行數(shù)據(jù)的觀測結(jié)果。

    圖4 滑模觀測器邏輯原理圖

    電流傳感器的實時運行數(shù)據(jù)輸入到滑模觀測器中,經(jīng)過濾波得到的新狀態(tài),可以量化表示為:

    ynew(t)=-Afy(t)+AfCx(t)+AfNy(t)

    (6)

    其中:N為滑模觀測器中存在的不確定因素,Af為傳感器的噪聲矩陣。那么提取滑模觀測器讀取的實時狀態(tài)參數(shù),即為電流傳感器實時運行數(shù)據(jù)的采集結(jié)果。為了濾除初始采集數(shù)據(jù)中的干擾,需要將滑模觀測器的輸出結(jié)果進(jìn)行濾波處理[17]。設(shè)定相鄰兩次采樣允許的最大偏差值為E,定義滑模觀測器的第i個電流傳感器運行數(shù)據(jù)采集結(jié)果為c(i),則經(jīng)過濾波處理后得出的結(jié)果為:

    (7)

    經(jīng)過濾波處理后最終輸出的結(jié)果,即為待測電流傳感器實時運行數(shù)據(jù)的采集結(jié)果。

    2.3 選取與計算電流傳感器故障監(jiān)測指標(biāo)

    針對電流傳感器的不同故障類型,對不同的指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。設(shè)置電流傳感器異常變化的三個故障特征監(jiān)測指標(biāo)及其計算公式如下:

    (8)

    (9)

    其中:U為滑模觀測器采集的傳感器運行電壓數(shù)據(jù)。同理可以計算出其他的電流傳感器故障監(jiān)測指標(biāo),并通過數(shù)據(jù)整合得出結(jié)果。

    2.4 實現(xiàn)電流傳感器故障監(jiān)測

    根據(jù)電流傳感器的故障原理,設(shè)置故障監(jiān)測閾值,并比對監(jiān)測指標(biāo)與設(shè)置閾值之間的大小關(guān)系,若當(dāng)前電流傳感器的監(jiān)測值低于閾值,則認(rèn)為電流傳感器當(dāng)前處于正常運行狀態(tài),否則判定待測設(shè)備處于故障狀態(tài),需要通過與設(shè)置故障特征標(biāo)準(zhǔn)之間的匹配,確定設(shè)備的故障類型。從實時監(jiān)測的角度來看,以測量電流傳感器的實時工作數(shù)據(jù)為曲線,以時間為橫坐標(biāo),從總體上看是動態(tài)的電流數(shù)值。在系統(tǒng)數(shù)據(jù)展示模塊的設(shè)計中,采用了 Chart組件,可以在屬性對話框中直接選擇曲線的類型、坐標(biāo)軸的設(shè)置、曲線的命名。為實現(xiàn)對電流傳感器的實時監(jiān)控,并根據(jù)計時器的周期特性,以每秒1個數(shù)據(jù)點的形式繪制出一條動態(tài)曲線[19]。此外,為了方便清晰地觀察監(jiān)測結(jié)果,設(shè)置80個最大數(shù)據(jù)顯示點,并在一定時間內(nèi)對在此時間之前的81個數(shù)據(jù)點進(jìn)行刪除顯示接口,從而形成80個數(shù)據(jù)點穩(wěn)定地顯示的圖表[20]。最終將包含電流傳感器運行狀態(tài)、故障判定等內(nèi)容的監(jiān)測結(jié)果,以可視化的形式輸出,實現(xiàn)系統(tǒng)的電流傳感器故障監(jiān)測功能。

    3 系統(tǒng)測試

    為驗證所設(shè)計基于滑模觀測器的電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用性能,設(shè)計系統(tǒng)測試實驗,此次實驗主要從系統(tǒng)的故障監(jiān)測功能方面進(jìn)行分析,從而驗證優(yōu)化設(shè)計的系統(tǒng)是否滿足應(yīng)用要求。

    3.1 準(zhǔn)備電流傳感器監(jiān)測樣本

    為了保證系統(tǒng)測試結(jié)果的可信度,同時為系統(tǒng)的適配度測試提供充足的研究樣本,設(shè)置AKH-0.66、LZZBJ9-10A3G、HCT204A和LFZ-10Q四種型號的電流傳感器作為監(jiān)測樣本,分別將其編號為C01、C02、C03、C04,樣本總數(shù)量為800個,每個型號樣本均為200個。其中AKH-0.66型電流傳感器的耐溫溫度為220 ℃,另外三種類型的電流傳感器的耐溫溫度均為180 ℃,使用普通的塑料包線方式。在系統(tǒng)測試前期,根據(jù)不同型號傳感器樣本的內(nèi)部結(jié)構(gòu),確定其基本運行參數(shù),AKH-0.66電流傳感器的輸入和輸出的最大電流分別為3.5 mA和12 mA,溫度系數(shù)為60 ppm/℃,工作頻率范圍為[0.03 kHz,10 kHz],能夠承受60 mA的短時熱電流,LZZBJ9-10A3G、HCT204A和LFZ-10Q三種型號電流傳感器的輸入和輸出的最大電流分別為2.5 mA和10 mA,溫度系數(shù)為50 ppm/℃,工作頻率范圍為[0.03 kHz,10 kHz],能夠承受50 mA的短時熱電流。在初始狀態(tài)下,電流傳感器均為正常工作狀態(tài),通過人為破壞的方式將監(jiān)測樣本調(diào)整至故障狀態(tài),設(shè)置的故障類型包括卡死、偏差、增益和短路故障四種類型,并對樣本故障類型進(jìn)行標(biāo)記。

    3.2 設(shè)置系統(tǒng)測試指標(biāo)計算

    從電流傳感器故障監(jiān)測功能方面來看,設(shè)置測試指標(biāo)包括故障指標(biāo)監(jiān)測誤差、故障類型的誤檢率和漏檢率,其中故障指標(biāo)監(jiān)測誤差的數(shù)值結(jié)果為:

    (10)

    其中:xi-monitor和xi-actual分別為第i個監(jiān)測指標(biāo)的監(jiān)測值和實際值。另外誤檢率和漏檢率的量化測試結(jié)果如下:

    (11)

    式中,變量Nerr、Ncor和Ntotal分別表示的是故障類型監(jiān)測錯誤、監(jiān)測正確的樣本數(shù)量以及實驗設(shè)置的樣本總數(shù)量,Ncor+Nerr表示的是系統(tǒng)能夠正常輸出的故障監(jiān)測樣本數(shù)量。測試得出監(jiān)測誤差越大,誤檢率和漏檢率越大,證明系統(tǒng)的故障監(jiān)測功能越差。為了保證此次故障監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計價值,要求監(jiān)測的電流誤差不得高于0.1 mA,電阻誤差不得高于0.1 Ω,誤檢率和漏檢率均不得高于2.0%。

    3.3 系統(tǒng)測試過程與結(jié)果分析

    按照硬件系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果,對各個組成元件進(jìn)行調(diào)試,并利用供電電路實現(xiàn)硬件設(shè)備的連接與驅(qū)動。圖5為部分硬件設(shè)備的配置結(jié)果。

    圖5 實驗環(huán)境配置實景

    由于優(yōu)化設(shè)計的故障監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用了滑模觀測器設(shè)備,因此需要將相關(guān)的硬件設(shè)備連接到監(jiān)測樣本上,并設(shè)置觀測器的初始運行參數(shù)均為0。同時啟動電流傳感器監(jiān)測樣本、系統(tǒng)硬件設(shè)備以及故障監(jiān)測程序,輸出實時故障監(jiān)測結(jié)果。圖6表示的是傳感器樣本C01的監(jiān)測結(jié)果。

    圖6 電流傳感器故障監(jiān)測結(jié)果

    由此可以得出系統(tǒng)測試實驗中所有傳感器樣本的故障監(jiān)測結(jié)果,通過與初始樣本設(shè)置標(biāo)記的比對,可以確定當(dāng)前系統(tǒng)輸出的故障監(jiān)測結(jié)果是否正確。通過相關(guān)數(shù)據(jù)的提取,得出系統(tǒng)故障指標(biāo)監(jiān)測誤差的測試結(jié)果,如表2所示。

    表2 系統(tǒng)故障指標(biāo)監(jiān)測誤差測試結(jié)果

    將表2的數(shù)據(jù)代入到公式(10)中,得出所設(shè)計電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)的A相電流故障監(jiān)測誤差為0.007 5 mA,B相電流故障監(jiān)測誤差為0.017 5 mA,電阻故障監(jiān)測誤差為0.135 Ω,均低于預(yù)設(shè)值。

    分別設(shè)置電流傳感器卡死、偏差、增益和短路故障四種類型,每種故障出現(xiàn)的次數(shù)為5次。采用本文系統(tǒng)進(jìn)行電流傳感器故障監(jiān)測,進(jìn)行10次實驗,故障監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

    表3 電流傳感器不同類型故障的監(jiān)測準(zhǔn)確性

    分析表3可知,在10次電流傳感器不同類型故障的監(jiān)測過程中,均能準(zhǔn)確監(jiān)測到卡死故障,對偏差故障、增益故障的監(jiān)測僅有一次實驗中出現(xiàn)漏檢情況,對短路故障的監(jiān)測出現(xiàn)兩次漏檢情況。綜上可證明所設(shè)計系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測電流傳感器不同類型的故障。

    通過公式(11)的計算,得出系統(tǒng)誤檢率和漏檢率的測試結(jié)果,如圖7所示。

    圖7 電流傳感器誤檢率與漏檢率的測試結(jié)果

    從圖7中可以直觀的看出,設(shè)計系統(tǒng)的誤檢率和漏檢率的最大值分別為1.54%和1.88%,均低于2.0%,綜合三個指標(biāo)的測試結(jié)果,可以證明優(yōu)化設(shè)計基于滑模觀測器的電流傳感器故障監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的監(jiān)測功能。

    4 結(jié)束語

    電流傳感器的工作狀態(tài)直接決定其應(yīng)用價值,通過滑模觀測器的應(yīng)用,充分考慮到外界干擾因素對電流傳感器故障監(jiān)測的影響,最大程度的提高了系統(tǒng)的故障監(jiān)測功能。然而系統(tǒng)測試實驗只針對故障監(jiān)測功能進(jìn)行測試,未對系統(tǒng)的運行性能進(jìn)行測試,由于測試數(shù)據(jù)不完整還不能直接投入到實際應(yīng)用中,還需要在今后的工作中對相關(guān)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步補充。

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