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

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。