本发明涉及伺服电机，具体为一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法及系统。
背景技术：
1、随着工业自动化程度的不断提升，伺服电机作为工业设备中的重要驱动元件，其运行状态直接关系到整个系统的性能和稳定性，然而，在实际运行过程中，伺服电机可能因多种原因出现故障，如电气故障、机械故障、控制故障等，这些故障如不能及时发现和处理，可能导致设备停机、生产效率下降，甚至引发安全事故。
2、在申请公布号为cn115235612a的中国发明申请中，公开了一种伺服电机的故障智能诊断系统及其诊断方法，其通过傅里叶变换和上下文编码器提取出待诊断伺服电机的振动信号的多个频域统计特征的全局性频域关联特征，并且利用卷积神经网络模型对所述待诊断伺服电机的振动信号的波形图进行局部的深层次的隐含特征的挖掘，在融合这两者的特征信息时，进一步对所述频域关联特征进行基于注意力机制的数据密集修正，以基于分类器的概率表达来使得分类概率具有对不同数据密集度的特征向量的自适应依赖。
3、在申请公布号为cn115015752a的中国发明申请中，公开了一种基于稀疏分解与邻域蜂群算法的电机故障诊断方法，利用im-hht提取直流电机特征及信号分析。将电机采样信号经稀疏分解去噪处理，利用正交匹配追踪算法对电机信号进行处理前去噪，从过完备字典中选择若干最优原子线性组合；利用经验模态分解，将给定的信号分解为若干imf，再利用相关性参数，去除假性imf，最后进行hilbert变换，得到原始信号的hilbert谱；基于聚类型欧氏距离判定方法特征选取；利用方形邻域选择人工蜂群算法完成对电机信号特征因子的排序；通过径向基分类器对电机故障进行分类识别。
4、结合以上发明申请，现有技术存在以下不足：
5、1、磁极位置作为伺服电机性能表现的关键因素，其准确性和优化程度直接决定了电机的运行效率和稳定性，然而，现有技术在执行故障诊断任务时，却常常忽略了磁极位置的重要性，这种忽视不仅可能导致故障诊断的不准确，还可能延误了及时修复和优化电机性能的最佳时机；
6、2、对于磁极位置的偏差，其评估不仅仅局限于单一的性能指标，而是需要综合考虑多个方面，如转矩波动、转矩最大值以及磁场分布等，然而，现有技术往往只关注某一方面的性能，缺乏对磁极位置偏差的全面评估，这种局限性使得我们无法准确判断磁极位置是否达到最优状态，从而限制了电机性能的提升和优化。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法及系统，保持负载不变，计算伺服电机处于稳定运行状态时的转矩均值和转矩波动值，逐渐增加负载，对于每个负载点，通过层次分析法确定每个负载点的权重因子，结合每个负载点的最大转矩输出和转矩波动值，计算获得转矩性能指数，将伺服电机划分为若干个相同大小的区域，通过每个区域的磁感应强度，计算获得伺服电机的磁感应差异指数，通过每个区域的磁场强度，计算获得伺服电机的磁场强度差异指数，结合转矩性能指数、磁感应差异指数以及磁场强度差异指数，计算获取磁极偏移指数，预先设置偏移阈值，将磁极偏移指数与偏移阈值进行比对，根据比对结果作出相应的措施，解决了背景技术中提到的问题。
2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，包括以下步骤：
3、保持负载不变，采集伺服电机处于稳定运行状态下的转矩数据，构建转矩数据集，并计算伺服电机处于稳定运行状态时的转矩均值和转矩波动值；
4、逐渐增加负载，对于每个负载点，记录其最大转矩输出和转矩波动值，通过层次分析法确定每个负载点的权重因子，结合每个负载点的最大转矩输出和转矩波动值，计算获得转矩性能指数；
5、将伺服电机划分为若干个相同大小的区域，通过每个区域的磁感应强度，计算获得伺服电机的磁感应差异指数，通过每个区域的磁场强度，计算获得伺服电机的磁场强度差异指数；
6、结合转矩性能指数、磁感应差异指数以及磁场强度差异指数，计算获取磁极偏移指数，预先设置偏移阈值，将磁极偏移指数与偏移阈值进行比对，根据比对结果作出相应的措施。
7、进一步的，通过传感器采集伺服电机转矩数据，传感器包括转矩传感器或转矩测量仪，在数据采集过程中保持负载不变，设置转矩测量设备的采样周期，将采集到的转矩数据进行汇总并构建转矩数据集。
8、进一步的，获取伺服电机的转矩数据，经过线性归一化处理后，计算获得伺服电机处于稳定运行状态时的转矩均值和转矩波动值，对应的计算公式如下：
9、；
10、其中，表示转矩均值，tf表示转矩波动值，表示转矩值，t表示采样周期的标识，，t为正整数。
11、进一步的，逐渐增加负载，当伺服电机的负载达到目标负载并保持稳定时，对于每个负载点，记录其最大转矩输出和转矩波动值，根据每个负载点对整体性能评估的重要性，通过层次分析法确定每个负载点的权重因子。
12、进一步的，结合每个负载点的最大转矩输出和转矩波动值，经过无量纲化处理后，计算获得转矩性能指数，计算公式如下：
13、；
14、其中，tpi表示转矩性能指数，表示第i个负载点的转矩最大值，表示第i个负载点的转矩波动值，表示第i个负载点的权重因子，α表示调整因子，，i表示每个负载点的标识，，n为正整数。
15、进一步的，通过每个区域的磁感应强度，计算获得伺服电机的磁感应差异指数，计算公式如下：
16、；
17、其中，mdi表示磁感应差异指数，表示区域j的磁感应强度，j表示每个区域的编号，，m为正整数。
18、进一步的，通过每个区域的磁场强度，计算获得伺服电机的磁场强度差异指数，计算公式如下：
19、；
20、其中，mfi表示磁场强度差异指数，表示区域j的磁场强度，j表示每个区域的编号，，m为正整数。
21、进一步的，结合转矩性能指数、磁感应差异指数以及磁场强度差异指数，经过无量纲化处理后，计算获取磁极偏移指数，计算公式如下：
22、；
23、其中，mpi表示磁极偏移指数，mdi表示磁感应差异指数，mfi表示磁场强度差异指数，tpi表示转矩性能指数，、以及表示权重系数，，，。
24、进一步的，当磁极偏移指数小于偏移阈值时，保持对磁极位置的持续监测；当磁极偏移指数大于或等于偏移阈值时，发出预警，提示需要立即采取紧急措施。
25、一种基于数据分析的伺服电机故障诊断系统，包括转矩分析模块、磁场分析模块以及磁极偏移分析模块；其中，转矩分析模块，保持负载不变，采集伺服电机处于稳定运行状态下的转矩数据，构建转矩数据集，并计算伺服电机处于稳定运行状态时的转矩均值和转矩波动值，逐渐增加负载，对于每个负载点，记录其最大转矩输出和转矩波动值，通过层次分析法确定每个负载点的权重因子，结合每个负载点的最大转矩输出和转矩波动值，计算获得转矩性能指数；
26、磁场分析模块，将伺服电机划分为若干个相同大小的区域，通过每个区域的磁感应强度，计算获得伺服电机的磁感应差异指数，通过每个区域的磁场强度，计算获得伺服电机的磁场强度差异指数；
27、磁极偏移分析模块，结合转矩性能指数、磁感应差异指数以及磁场强度差异指数，计算获取磁极偏移指数，预先设置偏移阈值，将磁极偏移指数与偏移阈值进行比对，根据比对结果作出相应的措施。
28、本发明提供了一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法及系统，具备以下有益效果：
29、（1）转矩波动值的监测可以帮助及时发现潜在问题，如果转矩波动突然增大，意味着电机存在故障或即将发生故障，如轴承磨损、磁极位置偏移等，有助于提前采取维护措施，避免故障发生，减少停机时间和维修成本。
30、（2）通过逐渐增加负载，记录每个负载点的最大转矩输出和转矩波动值，并利用层次分析法确定每个负载点的权重因子，可以更精确地了解电机在不同负载条件下的性能表现，在此基础上，计算获得的转矩性能指数能够综合反映电机的转矩输出能力和稳定性，为评估磁极位置是否处于最佳位置提供有力依据。
31、（3）通过计算磁感应差异指数和磁场强度差异指数，不仅可以指示磁极偏移的存在，还可以量化评估偏移的程度，通过对差异指数进行数值分析，可以了解磁极偏移的严重程度，从而为制定修复措施和预测潜在风险提供重要参考。
32、（4）通过综合多个指数来评估磁极位置偏移，可以在偏移刚刚发生时或即将发生时提供早期预警；助于及时发现潜在问题，避免磁极偏移对系统性能和安全性造成严重影响，从而预防可能发生的故障或事故。
1.一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，其特征在于，通过传感器采集伺服电机转矩数据，传感器包括转矩传感器或转矩测量仪，在数据采集过程中保持负载不变，设置转矩测量设备的采样周期，将采集到的转矩数据进行汇总并构建转矩数据集。
3.根据权利要求2所述的一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，其特征在于，获取伺服电机的转矩数据，经过线性归一化处理后，计算获得伺服电机处于稳定运行状态时的转矩均值和转矩波动值，对应的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，其特征在于，逐渐增加负载，当伺服电机的负载达到目标负载并保持稳定时，对于每个负载点，记录其最大转矩输出和转矩波动值，根据每个负载点对整体性能评估的重要性，通过层次分析法确定每个负载点的权重因子。
5.根据权利要求4所述的一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，其特征在于，结合每个负载点的最大转矩输出和转矩波动值，经过无量纲化处理后，计算获得转矩性能指数，计算公式如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，其特征在于，通过每个区域的磁感应强度，计算获得伺服电机的磁感应差异指数，计算公式如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，其特征在于，通过每个区域的磁场强度，计算获得伺服电机的磁场强度差异指数，计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，其特征在于，结合转矩性能指数、磁感应差异指数以及磁场强度差异指数，经过无量纲化处理后，计算获取磁极偏移指数，计算公式如下：
9.根据权利要求8所述的一种基于数据分析的伺服电机故障诊断方法，其特征在于，当磁极偏移指数小于偏移阈值时，保持对磁极位置的持续监测；
10.一种基于数据分析的伺服电机故障诊断系统，用于实现权利要求1至9中任一项所述方法，其特征在于，包括：
