永磁同步电机鲁棒控制及故障识别研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目永磁同步电机鲁棒控制及故障识别研究作者姓名吴昌韩学科专业模式识别与智能系统指导教师吴忠强教授2015年5月I中图分类号：TP273学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学硕士学位论文永磁同步电机鲁棒控制及故障识别研究硕士研究生：吴昌韩导师：吴忠强教授申请学位：工学硕士学科专业：模式识别与智能系统所在单位：电气工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学IIADissertationinPatternRecognitionandIntelligentSystemsROBUSTCONTROLANDTHEFAULT

2、IDENTIFICATIONFORTHEPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORSbyWuChanghanSupervisor:ProfessorWuZhongqiangYanshanUniversityMay,2015III燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《永磁同步电机鲁棒控制及故障识别研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签

3、字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《永磁同步电机鲁棒控制及故障识别研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日IV摘要永磁同步电机(perm

4、anentmagnetsynchronousmotors,PMSM)具有功率密度高、效率高和动态响应快等优越性能，广泛应用于工业各领域。在大多数应用场合，尤其是小功率应用场合，系统对电机的平稳无故障运行要求非常严格，其控制器的好坏对整个系统而言至关重要。为减少对电机系统的干扰，设计更为有效的控制器，无速度传感器控制方案近年来得到广泛关注。基于观测器的无速度传感器控制减小了对电机的附加干扰，同时避免了传感器故障等带来的不确定性影响，有助于转速的精准控制。由于永磁同步电机系统是典型的多变量、强耦合非线性系统，在某些特定参数条件下其转速或转矩会出现剧烈震荡，出现如混沌等复杂行为，引起系统不稳定，

5、直接影响电机的动态性能，增加了系统的故障率。加之永磁同步电机驱动系统的复杂性、支承条件的特殊性和多种非线性因素的影响，工作中永磁同步电机也经常会产生各种故障，有时甚至会由于某故障引发严重的事故，并造成重大的经济损失。针对永磁同步电机运行中存在的混沌现象，提出一种基于哈密顿函数的永磁同步电机混沌系统鲁棒控制器设计方法。将永磁同步电机动态模型变换为类Lorenz混沌方程，并令电机转速跟踪给定值得误差方程。由于误差方程并不具有标准哈密顿函数形式，将其转化为具有扰动不确定项的哈密顿系统，并与负载扰动一起作为系统的总扰动量，设计了一种鲁棒控制器。该方法扩展了哈密顿函数的适用范围，具有一定的优越性。为

6、减小人为干扰，设计更为有效的控制器，同时考虑到电机小型化、成本及故障率等问题，不对电机角速度直接测量，设计了一种观测器并研究了永磁同步电机无速度传感器H∞控制问题。首先对永磁同步电机哈密顿模型进行整形，使转速达到期望值。在存在扰动的条件下，设计了一种基于哈密顿函数的H∞控制器。然后采用基于哈密顿函数的扩张+反馈方法设计了一种观测器，对转子角速度进行测量，实现了无速度传感器H∞控制。研究了混沌状态下永磁同步电机系统的故障识别问题。以转子碰摩故障及轴承滚动体故障振动信号为例，利用一种基于概率密度函数估计的信号盲分离算法，对V混合故障信号进行盲分离，恢复原故障信号。为了准确识别故障信号，设计了一

7、种小波支持向量机故障识别器。仿真结果表明，基于小波支持向量机的故障识别器能很好的识别故障信号。关键词：永磁同步电机；哈密顿函数；混沌；鲁棒控制；故障识别VIAbstractThepermanentmagnetsynchronousmotors(PMSM)arewidelyusedinvariousindustrialfieldsbecauseofitsadvantagessuchashighpowerdensity,hi