一种永磁电机故障的智能诊断装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种永磁电机故障的智能诊断装置及方法。该装置包括永磁电机、逆变器、开路故障诊断器和防系统空载或轻载误判断处理器。方法为：首先采集永磁电机的电流、电压、转速信息；然后通过防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，根据系统实际电流值确定给定电流的取值；最后将采集到的永磁电机的电流，代入开路故障诊断器中进行开路故障智能诊断，从而实现对永磁电机驱动系统故障的智能诊断。本发明专利技术智能有效，不需要额外的传感器，能够快速准确地诊断出永磁电机驱动系统单个功率开关管的故障和单相绕组的故障。

Intelligent diagnosis device and method for permanent magnet motor fault

The invention discloses an intelligent diagnosis device and a method for a permanent magnet motor fault. The device includes permanent magnet motor, inverter, open circuit fault diagnosis device and anti-system no-load or light-load misjudgment processor. The method is as follows: firstly collect the current, voltage and speed information of permanent magnet motor; secondly, process the processor by preventing system from no-load or light-load misjudgment, and determine the given current value according to the actual current value of the system; finally, replace the collected current of permanent magnet motor into open-circuit fault diagnosis device for open-circuit fault intelligence. Diagnosis, so as to realize the intelligent diagnosis of permanent magnet motor drive system fault. The invention is intelligent and effective, does not need additional sensors, and can quickly and accurately diagnose the faults of single power switch and single phase winding of the permanent magnet motor drive system.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁电机故障的智能诊断装置及方法
本专利技术涉及电机的故障智能诊断领域，特别是一种永磁电机故障的智能诊断装置及方法。
技术介绍
随着电力电子技术、电机控制技术以及稀土永磁材料的发展，永磁电机迎来了新的发展机遇和挑战，除了要求高功率密度和高效率外，同时还需具备高输出性能和高可靠性，这已成为永磁电机发展的关键所在。然而，当电机发生故障后，电机非对称运行，输出转矩将出现脉动，产生较大的机械噪声，导致系统的整体性能下降，尤其是输出功率大大降低，甚至不能正常工作，严重危害了系统的安全。为了减轻和避免电机故障造成的严重危害，需要对永磁电机的故障进行准确地检测和定位，因此，研究永磁电机的故障诊断技术就尤其重要了。永磁电机中常见的电气故障主要分为功率管的开路和短路故障、绕组的开路和短路故障。其中，绕组开路故障可等效为功率管的开路故障，而绕组短路故障可等效为功率管的短路故障。对于电机驱动系统中的短路故障目前已经有着较为成熟的处理方案，即通过硬件电路对功率管的导通压降进行检测，从而实现对故障管的准确判别。而对于功率管的开路故障，其一是因为过流而烧毁，从而导致开路；其二是因为驱动断线或接线不良等原因导致驱动信号出现开路。开路故障与短路故障相比，其故障发生后电机往往还能够继续运行，因此不容易发现。然而，它具有较大的危害性，因为在这种情况下其余的功率管将会流过更大的电流，从而容易造成过流故障；同时，电机电流中还有直流电流分量的存在，会引起绕组发热、转矩减小、绝缘损坏等问题，如果对开路故障不进行及时处理，将可能会引发整个系统的损坏。目前在功率管开路故障诊断策略上，国内外学者所研究的方法主要有电压检测法和电流检测法。电压检测法具有诊断快速便捷、诊断鲁棒性好的优点，但是该方法需要增加额外的电压传感器，通用性较差，且将增加系统成本和复杂性。电流检测法是通过对电流信号的提取检测来对系统功率管的开路故障进行诊断，由于其系统的参数和控制策略是独立的，且不需要增加额外的传感器，是目前最为常用的一种检测方法。现有的开路故障诊断策略，都能在一定程度上对开路故障进行诊断，但当系统出现负载突变或转速突变、或运行在空载或轻载情况下时，存在明显的误判断问题，其诊断方法的鲁棒性还不够强，不够智能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能有效、快速准确的永磁电机故障的智能诊断装置及方法。实现本专利技术目的的技术绝解决方案为：一种永磁电机故障的智能诊断装置，包括永磁电机、逆变器、开路故障诊断器、以及防系统空载或轻载误判断处理器，其中：永磁电机，包含ABC三相绕组电流iA、iB、iC，该三相绕组电流iA、iB、iC进行abc/dq坐标变换得到dq轴实际电流id和iq，将实际转速ωr和给定转速ωr*进行PI调节后输出给定q轴电流iq*，将给定q轴电流iq*和q轴实际电流iq进行PI调节后输出给定q轴电压Vq*，将给定d轴电流id*和d轴实际电流id进行PI调节后输出给定d轴电压Vd*，将给定q轴、d轴电压Vq*、Vd*通过dq/αβ坐标变换得到αβ轴参考电压Vα*、Vβ*，将αβ轴参考电压Vα*、Vβ*通过电压空间矢量脉宽调制后得到三相PWM波，并输出至逆变器；逆变器，接收电压空间矢量脉宽调制后的三相PWM波，并驱动永磁电机运行；防系统空载或轻载误判断处理器，根据系统q轴实际电流值iq的大小确定给定d轴电流id*的取值；开路故障诊断器，接收永磁电机中ABC三相绕组电流iA、iB、iC，以及归一化平均电流诊断常量I0、归一化后绝对值的平均电流值的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值的最小值m，进行开路故障智能诊断，从而实现对永磁电机驱动系统故障的智能诊断。一种永磁电机故障的智能诊断方法，包括以下步骤：步骤1：将采集到的永磁电机ABC三相绕组电流iA、iB、iC进行abc/dq坐标变换得到dq轴实际电流id和iq，将采集到的实际转速ωr和给定转速ωr*进行PI调节后输出给定q轴电流iq*，将给定q轴电流iq*和q轴实际电流iq进行PI调节后输出给定q轴电压Vq*，将给定d轴电流id*和d轴实际电流id进行PI调节后输出给定d轴电压Vd*，将给定q轴、d轴电压Vq*、Vd*通过dq/αβ坐标变换得到αβ轴参考电压Vα*、Vβ*，将αβ轴参考电压Vα*、Vβ*通过电压空间矢量脉宽调制后得到三相PWM波，逆变器接收电压空间矢量脉宽调制后的三相PWM波，并驱动永磁电机运行；步骤2：采用防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，根据系统q轴实际电流值iq的大小确定给定d轴电流id*的取值；步骤3：将采集到的永磁电机中ABC三相绕组电流iA、iB、iC，以及归一化平均电流诊断常量I0、归一化后绝对值的平均电流值的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值的最小值m，代入开路故障诊断器中进行开路故障智能诊断，从而实现对永磁电机驱动系统故障的智能诊断。进一步地，步骤2所述采用防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，根据系统q轴实际电流值iq的大小确定给定d轴电流id*的取值，具体处理方法为：其中，id*为给定d轴电流，iq为q轴实际电流，F为系统带载情况的判断阀值，且F为永磁电机额定电流值的20％，L为系统处于空载或轻载情况下d轴电流注入值。进一步地，步骤3所述的将采集到的永磁电机中ABC三相绕组电流iA、iB、iC，以及归一化平均电流诊断常量I0、归一化后绝对值的平均电流值的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值的最小值m，代入开路故障诊断器中进行开路故障智能诊断，从而实现对永磁电机驱动系统故障的智能诊断，具体如下：步骤3.1：将采集到的永磁电机中ABC三相绕组电流iA、iB、iC进行Clark/Park变换，得到ABC绕组d-q轴坐标系下的d-q轴实际电流值id和iq，Clark/Park变换方法为：根据Clark/Park变换后的id和iq，经低通滤波器进行滤波后，通过Park矢量处理器进行处理，得到处理后的三相电流Park矢量基准值|is|为：步骤3.2：对ABC三相绕组电流进行归一化处理，归一化相电流inN，表示为：其中，n＝A，B，C；步骤3.3：对得到的归一化相电流进行一个周期之内取平均值处理，得到归一化平均电流值<inN>为：其中，fPMSM为永磁电机的运行频率；归一化平均电流诊断变量In为：In＝<inN>/I0其中，I0为归一化平均电流诊断常量；根据归一化平均电流诊断变量In，得到归一化平均电流判断的故障诊断信号Mn为：其中，Mn为归一化平均电流判断的故障诊断信号，当系统处于功率开关管下管开路故障态时，Mn＝HM；当系统处于正常态或绕组开路故障态时，Mn＝NM；当系统处于功率开关管上管开路故障态时，Mn＝LM；步骤3.4：将得到的归一化相电流inN，进行取绝对值后再在一个周期之内取平均值处理，得到归一化后绝对值的平均电流值<|inN|>，根据得到的<|inN|>以及归一化后绝对值的平均电流值的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值的最小值m，得到归一化后绝对值的平均电流极值差诊断变量dn为：通过绝对值的平均电流极值差判断故障准则，得到归一化后绝对值的平均电流极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁电机故障的智能诊断装置，其特征在于，包括永磁电机、逆变器、开路故障诊断器、以及防系统空载或轻载误判断处理器，其中：永磁电机，包含ABC三相绕组电流iA、iB、iC，该三相绕组电流iA、iB、iC进行abc/dq坐标变换得到dq轴实际电流id和iq，将实际转速ωr和给定转速ωr*进行PI调节后输出给定q轴电流iq*，将给定q轴电流iq*和q轴实际电流iq进行PI调节后输出给定q轴电压Vq*，将给定d轴电流id*和d轴实际电流id进行PI调节后输出给定d轴电压Vd*，将给定q轴、d轴电压Vq*、Vd*通过dq/αβ坐标变换得到αβ轴参考电压Vα*、Vβ*，将αβ轴参考电压Vα*、Vβ*通过电压空间矢量脉宽调制后得到三相PWM波，并输出至逆变器；逆变器，接收电压空间矢量脉宽调制后的三相PWM波，并驱动永磁电机运行；防系统空载或轻载误判断处理器，根据系统q轴实际电流值iq的大小确定给定d轴电流id*的取值；开路故障诊断器，接收永磁电机中ABC三相绕组电流iA、iB、iC，以及归一化平均电流诊断常量I0、归一化后绝对值的平均电流值的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值的最小值m，进行开路故障智能诊断，从而实现对永磁电机驱动系统故障的智能诊断。...

【技术特征摘要】
1.一种永磁电机故障的智能诊断装置，其特征在于，包括永磁电机、逆变器、开路故障诊断器、以及防系统空载或轻载误判断处理器，其中：永磁电机，包含ABC三相绕组电流iA、iB、iC，该三相绕组电流iA、iB、iC进行abc/dq坐标变换得到dq轴实际电流id和iq，将实际转速ωr和给定转速ωr*进行PI调节后输出给定q轴电流iq*，将给定q轴电流iq*和q轴实际电流iq进行PI调节后输出给定q轴电压Vq*，将给定d轴电流id*和d轴实际电流id进行PI调节后输出给定d轴电压Vd*，将给定q轴、d轴电压Vq*、Vd*通过dq/αβ坐标变换得到αβ轴参考电压Vα*、Vβ*，将αβ轴参考电压Vα*、Vβ*通过电压空间矢量脉宽调制后得到三相PWM波，并输出至逆变器；逆变器，接收电压空间矢量脉宽调制后的三相PWM波，并驱动永磁电机运行；防系统空载或轻载误判断处理器，根据系统q轴实际电流值iq的大小确定给定d轴电流id*的取值；开路故障诊断器，接收永磁电机中ABC三相绕组电流iA、iB、iC，以及归一化平均电流诊断常量I0、归一化后绝对值的平均电流值的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值的最小值m，进行开路故障智能诊断，从而实现对永磁电机驱动系统故障的智能诊断。2.一种永磁电机故障的智能诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将采集到的永磁电机ABC三相绕组电流iA、iB、iC进行abc/dq坐标变换得到dq轴实际电流id和iq，将采集到的实际转速ωr和给定转速ωr*进行PI调节后输出给定q轴电流iq*，将给定q轴电流iq*和q轴实际电流iq进行PI调节后输出给定q轴电压Vq*，将给定d轴电流id*和d轴实际电流id进行PI调节后输出给定d轴电压Vd*，将给定q轴、d轴电压Vq*、Vd*通过dq/αβ坐标变换得到αβ轴参考电压Vα*、Vβ*，将αβ轴参考电压Vα*、Vβ*通过电压空间矢量脉宽调制后得到三相PWM波，逆变器接收电压空间矢量脉宽调制后的三相PWM波，并驱动永磁电机运行；步骤2：采用防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，根据系统q轴实际电流值iq的大小确定给定d轴电流id*的取值；步骤3：将采集到的永磁电机中ABC三相绕组电流iA、iB、iC，以及归一化平均电流诊断常量I0、归一化后绝对值的平均电流值的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值的最小值m，代入开路故障诊断器中进行开路故障智能诊断，从而实现对永磁电机驱动系统故障的智能诊断。3.根据权利要求2所述永磁电机故障的智能诊断方法，其特征在于，步骤2所述采用防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，根据系统q轴实际电流值iq的大小确定给定d轴电流id*的取值，具体处理方法为：其中，id*为给定d轴电流，iq为q轴实际电流，F为系统带载情况的判断阀值，且F为永磁电机额定电流值的20％，L为系统处于空载或轻载情况下d轴电流注入值。4.根据权利要求2所述永磁电机故障的智能诊断方法，其特征在于，步骤3所述的将采集到的永磁电机中ABC三相绕组电流iA、iB、iC，以及归一化平均电流诊断常量I0、归一化后绝对值的平均电流值的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值的最小值m，代入开路故障诊断器中进行开路故障智能诊断，从而实现对永磁电机驱动系统故障的智能诊断，具体如下：步骤3.1：将采集到的永磁电机中AB...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋雪峰，李运之，芦晓勇，王锦龙，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32