一种电机转子位置故障标志确定方法及系统技术方案

本申请属于航空电机控制技术领域，特别涉及一种电机转子位置故障标志确定方法及系统。包括分别获取k

【技术实现步骤摘要】
一种电机转子位置故障标志确定方法及系统


[0001]本申请属于航空电机控制
，特别涉及一种电机转子位置故障标志确定方法及系统。

技术介绍

[0002]随着电机无位置控制技术的逐步成熟，电机无位置算法的应用越来越广泛，无位置算法虽然可以使节省电机控制系统中传感器成本，但是在一些高安全可靠的场合，无位置算法往往和有位置算法配合使用。当电机位置传感器发生小故障时，系统可以继续稳定的运行，当电机位置传感器发生大故障，甚至失效时，系统无法再稳定运行，造成系统崩溃，因此需要迅速切换至无位置控制算法，在此切换过程中，辨识位置传感器的故障状态将成为系统可靠切换到无位置算法，并实现容错控制，从而保证电机控制系统安全可靠运行的关键。此外，电机负载特性造成电机动态波动，以及电磁噪声对信号的不规律性干扰，也将对位置信号故障辨识带来极大困难。
[0003]目前，故障诊断策略主要分为硬件和软件两种方法。基于硬件的方法诊断是增加额外的硬件，具有检测响应快、可靠性较高等优点，但该类方法对空间和安装环境都有较高的要求，必须要冗余并增加了系统成本，且硬件接口电路不易实现。基于软件的诊断算法更具有优势，也是目前研究的重点。基于软件的故障诊断算法主要分为基于模型、信号、知识的方法这三类。
[0004]模型故障诊断法通过构建状态观测器，估计系统状态变量，比较估计值和测量值，从而确定故障位置及原因。该方法的实时性比较好，但需考虑系统参数的鲁棒性，综合系统状态实现最优的诊断能力。信号故障诊断法是通过测量系统输入输出信号，分析数据变化规律，通常对信号的幅值、频谱等特征进行分析，偏离规律则认定系统出现了故障。信号故障诊断法相较于模型故障诊断法，不依赖于系统的模型与参数，但由于运用了傅里叶分析、主成分分析法和小波变换法等，其运算量比较大，实时系统中应用不多。而基于知识的方法一般通过智能算法，智能地进行故障诊断。但是知识学习库逻辑合理构建以及智能算法的复杂限制了其工业运用。
[0005]目前，对于电机转子位置故障辨识技术，题为“永磁同步电机位置传感器故障诊断与容错控制研究”(田帅，北京交通大学，2020年6月) 中对故障后转子位置角微分处理，获得故障后的不同频次角速度分量；以角速度分量为故障特征量，利用离散傅里叶变换DFT幅值提取算法提取故障特征量，设定故障特征量阈值对不同类型的故障做出响应，但是算法复杂，根据故障种类划分的阈值较多，工程实现困难。题为“位置传感器故障下的伺服容错控制研究”(高玉文，电子科技大学，2014年) 中将滑模控制和位置传感器故障检测结合，通过滑模算法估计转速，但当实际转速偏离估计转速时，认定位置传感器故障。但是文章存在以下不足：该文未考虑滑模控制算法本身的精度，以及位置信号的干扰，且设置的阈值困难，容易造成辨识误差。题为“直驱永磁同步风力发电机控制系统传感器故障估计与补偿”(杨志敏，重庆大学，2019年)中设计了两相电流测量反馈下的多传感器故障估计方法，实现
电流和转速测量下的多传感器故障同时定位。提出基于参数依赖故障估计观测器设计方法，能同时估计系统中的机械扰动、电流传感器和转速传感器故障。但转速故障估计仍依赖于电流传感器，当电流传感器受到干扰甚至失效时，也影响转速故障估计，此外，由于采用观测器设计，系统的状态参数影响故障估计的准确性，同时，算法运算量也较大。公开号为 CN106998164B的中国专利技术专利提供了一种永磁同步电机故障诊断与容错控制系统及方法，介绍了一种永磁同步电机故障诊断与容错控制系统及方法，基于电机转速和电阻辨识的模型参考自适应系统(MRAS)观测器，估计的转子速度和电阻被送入决策单元，以此来识别电机位置传感器是否发生故障、电枢绕组元件开路和匝间短路故障，但是算法的精度依赖于估算转速的精度和设置的阈值，同时算法未考虑负载及噪声的干扰。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本申请提供了一种电机转子位置故障标志确定方法及系统，针对现有转子位置故障辨识方法运算量大，算法复杂，未考虑负载特性对故障辨识的影响以及噪声干扰对位置信号故障辨识影响的问题，本申请通过位置信号的数据特征和同步电机的转子外特性，考虑噪声与负载裕度，根据模型预测的方法，预测转子位置信号的运行区域，实时判别转子位置信号是否处于合理的运行区域，实现转子位置故障辨识功能。
[0007]本申请第一方面提供了一种电机转子位置故障标志确定方法，主要包括：步骤S1、分别获取k
‑
1时刻及k时刻的电机电角速度信号，以及分别获取k
‑
1时刻及k时刻的电机转子位置相角信号，其中，k
‑
1时刻及k时刻分别为按时间先后顺序的两次采样点；步骤S2、获取k时刻的电机三相电流，并转换为电机电流的dq轴分量；步骤S3、确定电机在k时刻的电磁转矩预测增量；步骤S4、基于电机电角速度最大噪声与电角速度的比值系数确定k时刻的电机电角速度预测增量最小值及最大值，进而确定在k
‑
1时刻的电机电角速度预测增量的最小值与最大值；步骤S5、基于电机相角最大噪声与相角的比值系数确定k时刻的电机转子位置相角增量最小值及最大值，进而确定在k
‑
1时刻的电机转子位置相角增量的最小值与最大值；步骤S6、以步骤S4中的k
‑
1时刻的电机电角速度预测增量的最小值与最大值作为第一限制范围，若k时刻的电机电角速度信号增量超过所述第一限制范围，则确定第一故障；同理，以步骤S5中的k
‑
1时刻的电机转子位置相角增量的最小值与最大值作为第二限制范围，若k时刻的电机电角速度信号增量超过所述第二限制范围，则确定第二故障，由所述第一故障及所述第二故障共同确定电机转子位置故障标志位。
[0008]优选的是，步骤S3包括：步骤S31、确定k时刻的电磁转矩预测值；步骤S32、将k时刻的电磁转矩预测值延迟一个电机逆变控制器ADC采样时间，从而获得k
‑
1时刻的定电磁转矩预测值；步骤S33、根据k时刻的电磁转矩预测值与k
‑
1时刻的定电磁转矩预测值确定所述电机在k时刻的电磁转矩预测增量。
[0009]优选的是，步骤S31包括：步骤S311、获取电机极对数参数p
n
、电机磁链参数Ψ
f
、d轴电感参数L
d
和q轴电感参数L
q
；步骤S312、确定k时刻的电磁转矩预测值T
e
(k)：
[0010][0011]其中，I
d
(k),I
q
(k)为步骤S2确定的电机电流dq轴分量。
[0012]优选的是，步骤S4进一步包括：步骤S41、根据k
‑
1时刻及k时刻的电机电角速度信
号确定k时刻的电机电角速度信号增量；步骤S42、基于电机电角速度最大噪声与电角速度的比值系数及k时刻的电机电角速度信号增量，确定k时刻的最大电机电角速度预测增量、及k时刻的最小电机电角速度预测增量；步骤S43本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电机转子位置故障标志确定方法，其特征在于，包括：步骤S1、分别获取k
‑
1时刻及k时刻的电机电角速度信号，以及分别获取k
‑
1时刻及k时刻的电机转子位置相角信号，其中，k
‑
1时刻及k时刻分别为按时间先后顺序的两次采样点；步骤S2、获取k时刻的电机三相电流，并转换为电机电流的dq轴分量；步骤S3、确定电机在k时刻的电磁转矩预测增量；步骤S4、基于电机电角速度最大噪声与电角速度的比值系数确定k时刻的电机电角速度预测增量最小值及最大值，进而确定在k
‑
1时刻的电机电角速度预测增量的最小值与最大值；步骤S5、基于电机相角最大噪声与相角的比值系数确定k时刻的电机转子位置相角增量最小值及最大值，进而确定在k
‑
1时刻的电机转子位置相角增量的最小值与最大值；步骤S6、以步骤S4中的k
‑
1时刻的电机电角速度预测增量的最小值与最大值作为第一限制范围，若k时刻的电机电角速度信号增量超过所述第一限制范围，则确定第一故障；同理，以步骤S5中的k
‑
1时刻的电机转子位置相角增量的最小值与最大值作为第二限制范围，若k时刻的电机电角速度信号增量超过所述第二限制范围，则确定第二故障，由所述第一故障及所述第二故障共同确定电机转子位置故障标志位。2.如权利要求1所述的电机转子位置故障标志确定方法，其特征在于，步骤S3包括：步骤S31、确定k时刻的电磁转矩预测值；步骤S32、将k时刻的电磁转矩预测值延迟一个电机逆变控制器ADC采样时间，从而获得k
‑
1时刻的定电磁转矩预测值；步骤S33、根据k时刻的电磁转矩预测值与k
‑
1时刻的定电磁转矩预测值确定所述电机在k时刻的电磁转矩预测增量。3.如权利要求1所述的电机转子位置故障标志确定方法，其特征在于，步骤S31包括：步骤S311、获取电机极对数参数p
n
、电机磁链参数Ψ
f
、d轴电感参数L
d
和q轴电感参数L
q
；步骤S312、确定k时刻的电磁转矩预测值T
e
(k)：其中，I
d
(k),I
q
(k)为步骤S2确定的电机电流dq轴分量。4.如权利要求1所述的电机转子位置故障标志确定方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：步骤S41、根据k
‑
1时刻及k时刻的电机电角速度信号确定k时刻的电机电角速度信号增量；步骤S42、基于电机电角速度最大噪声与电角速度的比值系数及k时刻的电机电角速度信号增量，确定k时刻的最大电机电角速度预测增量、及k时刻的最小电机电角速度预测增量；步骤S43、将k时刻的最大电机电角速度预测增量延迟一个电机逆变控制器ADC采样时间，从而获得k
‑
1时刻的最大电机电角速度预测增量，同理，将k时刻的最小电机电角速度预测增量延迟一个电机逆变控制器ADC采样时间，从而获得k
‑
1时刻的最小电机电角速度预测增量。5.如权利要求4所述的电机转子位置故障标志确定方法，其特征在于，步骤S42进一步
包括：步骤S421、获取电机极对数参数p
n
、电机转动惯量参数J、电机阻尼系数参数D、电机最大负载转矩T
Lmax
、电机电角速度最大噪声与电角速度的比值系数η
ω
、电机电角速度最小波动限幅值δ
ωmin
、电机逆变控制器ADC采样时间T
s
；步骤S422、确定k时刻的最大电机电角速度预测增量Δω
emmax
(k)，及k时刻的最小电机电角速度预测增量Δω
emmin
(k)包括：其中，Δω
em
(k)为步骤S41确定的k时刻的电机电角速度信号增量，ω
em
(k)为步骤S1确定的k时...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海峥，段晓丽，杨阳，
申请(专利权)人：陕西航空电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：