变频器的传感器故障诊断与容错控制

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1、硕士学位论文变频器的传感器故障诊断与容错控制RESEARCHONSENSORSFAULTDIAGNOSISANDTOLERANTCONTROLOFINVERTER王梓源哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TM921学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文变频器的传感器故障诊断与容错控制硕士研究生：王梓源导师：于泳教授申请学位：工学硕士学科：电力电子与电力传动所在单位：电气工程系答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921U.D.C:621.3Disser

2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSENSORSFAULTDIAGNOSISANDTOLERANTCONTROLOFINVERTERCandidate：WangZiyuanSupervisor：Prof.YuYongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerElectronicsandElectricalDrivesAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringandAut

3、omationDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要感应电机具有结构简单，制造方便，价格便宜等优点，因此被广泛应用于工业调速系统中，特别是高性能矢量控制在感应电机中的应用使感应电机更具明显优势。感应电机的矢量控制通常需要变频器，由于变频器体积小、效率高可以实现大范围的平滑调速，变频器在工业传动领域得到了越来越广泛地应用。但是，变频器也会像其它的电力电子器件一样，由于精密器件的老化、异常工况

4、或者误操作等原因发生故障，在某些特殊情况下，如航空航海等军事领域、发电厂、炼钢厂等工业中，若其中的变频器突然发生故障将导致重大经济损失，甚至造成人身伤亡，后果不堪设想，因此变频器故障后能否快速诊断出故障并且继续安全容错运行，成为衡量变频器性能优劣的重要指标之一。变频器的矢量控制模式需要用到电流传感器和速度传感器，传感器是一种精密的器件，很容易受到外界影响发生故障。为了增强变频器的可靠性，本文对变频器的传感器故障诊断与容错控制进行了研究。首先，通过与龙贝格观测器的类比引出电流观测器，然后从理论角度证明电流观测器的稳定性并给出电流观测器参数设计的

5、详细推导过程。基于这种电流观测器提出单个相电流传感器矢量控制方法。通过仿真和实验验证了电流观测器的可行性，准确性和可靠性。其次，通过分析感应电机T型等效电路推导出第一个电流传感器故障的诊断原理。然后用两种不同的分析方法推导出第二个电流传感器发生故障时变量的变化特征。根据电流观测器自身的特点，提出单个相电流传感器矢量控制下的速度传感器故障的诊断方法，根据龙贝格观测器的输入特点提出速度传感器故障后的容错控制方法。通过仿真和实验对所提出的两种故障诊断方法及相应的容错控制方法进行了验证。最后，针对论文所研究的内容，搭建了以dSPACE硬件实时仿真系统

6、为基础的实验平台并设计了1.1kW感应电机对拖加载平台。在此平台基础上验证了变频器的电流传感器和速度传感器故障诊断与容错控制方法的可行性和有效性。关键词：感应电机；变频器；电流观测器；故障诊断与容错控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWithsimplestructure,easyfabrication,lowpriceandetc,inductionmotorsarewidelyusedinindustrialcontrolsystem.Especiallytheapplicationofhighperformancev

7、ectorcontrolmakesinductionmotorshavemoreobviousadvantages.Generally,thevectorcontrolneedsinverter.Itisknownthatinverterisincreasinglyusedintheindustrialdriveapplicationbecauseofitssmallsize,highefficiencyandthefunctionofrealizingawiderangeofregulatingspeedsmoothly.However,l

8、ikeotherpowerelectronicdevices,invertermayhavefaultsincedeviceaging,abnormalcondit