永磁电机驱动系统传感器故障诊断与容错控制.pdf

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1、硕士学位论文永磁电机驱动系统传感器故障诊断与容错控制SensorFaultDiagnosisandFaultTolerantControlofPermanentMagnetMotorDrives王国鑫哈尔滨工业大学2018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永磁电机驱动系统传感器故障诊断与容错控制硕士研究生：王国鑫导师：王高林教授副导师：张国强讲师申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程系答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大

2、学ClassifiedIndex:TM921U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSensorFaultDiagnosisandFaultTolerantControlofPermanentMagnetMotorDrivesCandidate：WangGuoxinSupervisor：Prof.WangGaolinCo-Supervisor：ZhangGuoqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEnginee

3、ringSpeciality：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要伴随技术的革新、新材料的应用和控制技术的进步，永磁同步电机驱动系统正逐渐成为目前传动领域发展的主流。故障诊断和容错控制技术能够提高驱动系统的可靠性，近年来已成为研究热点。针对

4、驱动系统中的位置传感器故障，采用基于模型的故障诊断方法进行故障诊断，并通过位置观测器在故障后对电机进行控制。针对电流传感器故障，采用基于坐标变换法对异常相进行检测和定位，并结合电流观测器完成故障后的电机控制。针对复合传感器故障，采用单电流无位置传感器矢量控制方法进行控制。本文针对永磁电机驱动系统位置和电流传感器故障诊断及容错控制问题进行研究。首先，分析位置传感器常见的几种故障，通过近似处理对位置传感器的故障进行分类，并根据不同的故障特征分别对几种位置传感器故障进行建模，在此基础上分析位置传感器检测值异常引起电机运行

5、性能的变化。分析电流传感器常见的几种故障类型，由近似处理对这些故障进行分类和建模，分析电流传感器故障对电机运行性能的影响。并进行两种传感器故障对驱动系统运行影响的仿真分析及验证。然后，研究基于滑模控制理论的位置观测器，以实现对位置传感器故障后的诊断以及容错控制。根据滑模控制理论设计全阶滑模观测器，并采用饱和函数替代传统滑模观测器中的开关函数，通过锁相环结构来实现位置信息的提取。采用基于模型的故障诊断方法，设计故障诊断方案，在位置传感器发生故障时输出故障标志。根据故障标志来选取容错控制信号，确保电机在位置传感器发生故

6、障后能够稳定运行。接着，研究基于模型的电流重构方法，以完成对故障相电流的重构。采用基于坐标变换的故障诊断方法，进行故障诊断，并构建全阶电流观测器，确保故障后电机稳定运行。当位置和电流传感器均发生故障时，采用单电流无位置传感器矢量控制方法，在复合传感器故障时对电机进行控制。分别设计电流传感器与复合传感器容错控制策略，由故障标志选取用于电机控制的电流与位置信息，完成永磁电机驱动系统的容错控制。在仿真验证的基础上，实现了数字控制算法，并在基于ARM芯片的1.0kW永磁同步电机对拖加载实验平台进行实验，验证了所研究的控制方

7、法。关键词：永磁同步电机；传感器故障诊断；容错控制；滑模观测器；电流重构-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththeinnovationoftechnology,theapplicationofnewmaterialsandtheadvancementofcontroltechnology,thepermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)drivesystemisgraduallybecomingthemainstreaminthecurrentdrivefie

8、ld.Faultdiagnosisandfault-tolerantcontroltechnologycanimprovethereliabilityofthedrivesystemandhasbecomearesearchhotspotinrecentyears.Forfaultsinthepositionsensorinthedrivesystem,fa