电梯永磁同步电机运行状态监测方法、计算机设备及系统与流程

本发明涉及电梯，尤其涉及一种电梯永磁同步电机运行状态监测方法、计算机设备及系统。

背景技术：

1、目前，电梯一般采用永磁同步电机（permanent synchro motor，psm）作为驱动主机，电梯psm一般设置在建筑物顶部的机房内，且大多不具备良好的散热条件。高温之下，psm永磁体随着电梯运行工况的瞬间变化、环境影响，永磁梯的退磁趋势难以避免。退磁将导致psm的空载电势下降、性能退化，导致电梯意外停梯故障时有发生，给电梯使用、管理带来负面影响。

2、根据相关研究，现代电梯采用的钕铁硼永磁电机的退磁主要受到温度的影响：如高温环境，电梯起制动、加减速时形成的电气、机械冲击；电梯运行中，承载体（轿厢）空载上行和满载下行（发电工况）与空载下行满载上行（电动工况）交替且瞬间变化，将对psm永磁体产生叠加电流冲击；尤其是在一些人流密集场所，电梯载荷高频率交替变化（如时间集中点的满载上行和空载下行），持续通电率高，导致pmsm温度升高、电流频繁波动，产生强烈的电枢反映，这种反映将形成去磁磁场，表现为永磁体磁性交变退磁现象，即去磁强度达到一定程度，电梯将突然停梯甚至困人，而空闲时段（运行频率低、乘员少），则磁性能可能恢复，电梯又正常运行。

3、我国电梯配置psm用于电梯已有20多年的时间，早期采用永磁同步驱动主机的电梯已进入故障多发期，电梯永磁同步驱动主机的故障主要为永磁体均匀退磁所致，因此，对pmsm（permanent magnet synchronous motor）永磁体退磁进行监测，通过安全评估及时提出预防改进建议，防止发生电梯故障具有紧迫性、必要性。

4、现有技术下，相关的永磁体退磁研究基本基于电流信号法来跟踪、预测磁链幅值的变化，存在一定的局限性。

5、工程实践表明，psm永磁体的退磁现象主要有三种形式：

6、（1）局部退磁：可能产生磁钢脱落、扫膛等机械故障，导致电梯振动、异常噪声并因相关机械失效停梯；

7、（2）均匀退磁：一般表现为随着时间的推移，电梯的驱动力矩均匀渐进下降、能耗显著上升，是一种因老化带来的不可逆退行性故障；

8、（3）交变退磁：永磁体去磁强度在不超过其矫顽力范围内交变，表现为随电梯运行工况变化，是一种可逆的变化（目前是电梯停梯故障中最常见、影响电梯正常使用最大的问题）。

9、现有技术下，预判psm永磁体退磁一般有如下技术措施：

10、（1）电流信号法：目前永磁体退磁故障在线监测技术主要基于对电流信号的频率进行分析包括提取 pmsm 定子电流，并对定子电流进行处理，提取 pmsm 发生退磁故障时新产生或含量大幅增加的电流特征谐波频率以预判退磁状况；或通过通过计算机算法提取pmsm电流中与永磁体退磁故障的特征谐波分量，与正常模型的永磁体特征进行比对，当其超过质量容许阈值时，及时采取纠正预防措施。然而这类方法的主要问题是时间和频率的分辨率问题。如果时间分辨率过低，难以准确捕捉瞬变过程中频率的变化，而如果频率分辨率过高，则无法获得特定时间具有价值的频率。尤其是，永磁体均匀退磁时并不会打破pmsm 内部气隙磁场的对称性，故障特征谐波并不会在电机相电流中产生。电流信号法对永磁体永久性退磁的在线监测一般无效。

11、（2）人工观察法：通过监测机器温度、感觉异常声响或振动判断主机是否出现问题，且这些问题往往与控制系统、机械系统关联，分析和排除延迟了故障纠正时间，反复的检查、判断不但给用户造成停梯困惑，一旦认定pmsm永磁体失效需要更换主机，少则数日多则数十日停梯维修，给电梯用户造成极大的工作生活不便，甚至发生公共事件。

12、上述技术措施，存在以下主要问题：

13、（1）电梯运行工况复杂多变，关联的影响因素众多，对冲了所述的监测效果；

14、（2）监测计算数据量大，涉及的软硬件设施复杂，经济性差；

15、（3）缺乏直观性，不适用于普通电梯维护管理人员监测；

16、（4）对电梯工况--交变退磁难以监测。

17、因此，现有的预判措施无法已无法满足实际需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电梯永磁同步电机运行状态监测方法、计算机设备及系统，可实现psm永磁体退磁状态的有效预测，准确性高。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电梯永磁同步电机运行状态监测方法，包括：实时获取目标电梯的psm温度信息、脉冲计数及电梯运行次数；根据所述psm温度信息、脉冲计数及电梯运行次数构建基于灰度等级的像素坐标系，其中，所述像素坐标系的像素点以灰度等级表征所述psm温度信息，所述像素坐标系的横坐标用于表征电梯运行次数，所述像素坐标系的纵坐标用于表征脉冲计数；从所述像素坐标系中提取目标特征点，并根据所述目标特征点构建温度失效模型；根据所述温度失效模型预测所述目标电梯的psm永磁体的失效时间。

3、作为上述方案的改进，所述以灰度等级表征所述psm温度信息的步骤包括：通过图像映射算法将所述psm温度信息转换为灰度等级，所述psm温度信息与灰度等级呈正相关。

4、作为上述方案的改进，所述从所述像素坐标系中提取目标特征点，并根据所述目标特征点构建温度失效模型的步骤包括：从所述像素坐标系中提取每次电梯运行过程中灰度等级最大的像素点作为目标特征点，所述灰度等级与灰度值呈负相关；连接所述目标特征点以构建psm永磁体失效的变化趋势曲线；构建所述灰度等级与psm永磁体的矫顽力的关系。

5、作为上述方案的改进，每次电梯运行过程均包括依次执行的关门流程、运行流程、停站流程及开门流程。

6、作为上述方案的改进，所述灰度等级与psm永磁体的矫顽力的关系为：所述灰度等级为0时，所述psm永磁体的矫顽力为0。

7、作为上述方案的改进，所述根据所述温度失效模型预测所述目标电梯的psm永磁体的失效时间的步骤包括：通过扩展卡尔曼滤波算法对所述温度失效模型进行预测，以生成预测特征点；将所述预测特征点所对应的时间作为所述psm永磁体的失效时间。

8、作为上述方案的改进，所述扩展卡尔曼滤波算法预测阶段的递推方程为：

9、

10、

11、其中，为当前时刻预测的理想状态，为上一时刻预测的理想状态，为系统参数，为上一时刻对系统的控制量，为采样时段次数，为的方差，为的方差，为上一时刻的模型误差，为的一阶导数，为非时变对角阵。

12、作为上述方案的改进，所述扩展卡尔曼滤波算法修正阶段的修正值表示为：

13、

14、

15、其中，为最终的理想状态，为当前时刻预测的理想状态，为实际的观测值，为预测的观测值，为预测的理想状态的方差，为的方差，为系统的增益矩阵，为系统的观测矩阵，为的一阶导数，为观测噪声协方差矩阵。

16、相应地，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述电梯永磁同步电机运行状态监测方法的步骤。

17、相应地，本发明还提供了一种电梯永磁同步电机运行状态监测系统，其特征在于，包括：温度传感器，用于实时采集目标电梯的psm温度信息；脉冲发生器，用于实时采集目标电梯的脉冲计数；运行计数器，用于实时采集目标电梯的电梯运行次数；上述计算机设备。

18、实施本发明，具有如下有益效果：

19、本发明将psm温度信息、脉冲计数及电梯运行次数相结合，构建电梯运行时间点（实时工况）关于psm温度信息的像素坐标系，从而使得电梯的运维人员通过像素坐标系清晰的监视电梯运行温度状态，实现对电梯运行状况进行可视化监测;

20、同时，本发明通过构建温度失效模型并对温度失效模型中的目标特征点进行实时跟踪，再根据目标特征点的变化趋势，预测目标特征点的未来轨迹，并根据未来轨迹判定psm永磁体去磁强度达到该psm永磁体设计矫顽力阈值的时间点（即坐标位置点），从而得出psm永磁体的失效时间，以便于管理人员据此做出合理的电梯安全运维技术预案，以最大程度延长电梯psm的使用寿命周期，预防psm永磁体不可逆失磁风险。