本发明专利技术公开了一种基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置，通过模型参考自适应方法(MRAS)估算得到的转速ω2和高频注入法估算得到的转速ω3通过加权处理后，得到估计转速再将和基于极大似然估计算法得到的先验概率输入基于后验概率的容错控制模块，得到参与电机矢量控制的反馈转速从而实现改善系统的动态性能的目标，同时也减小了因该方法带来的稳态误差的影响。
【技术实现步骤摘要】
一种基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置
本专利技术属于永磁电机驱动控制
，具体涉及一种基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置。
技术介绍
永磁同步电机体积小，重量轻，调速比范围宽，效率高的优点使得国内外许多高性能电机和特殊领域的电机均使用永磁同步电机。其功率等级从毫瓦级到兆瓦级，应用范围从玩具，工业应用到船舶电力推进。目前永磁同步电机控制技术中除了磁链难以控制，转矩脉动大等控制难题，还面临控制所需各类传感器的可靠性保障问题，特别是其中的速度传感器。作为高精度控制永磁电机不可或缺的检测装置，其故障将导致系统无法实现闭环控制时，对系统的稳定运行会造成严重影响。而传感器工作易受环境和工作时间影响。因此，速度传感器的运行可靠性是永磁同步电机控制中需要考虑的关键一环。作为一种改进方案，在2014年06月18日公开，公开号为CN103872962A，专利技术名称为“一种永磁同步电机速度传感器的在线容错控制装置”的中国专利技术专利中公布了一种解决速度传感器故障的在线容错控制装置。图1是基于该速度传感器故障的在线容错控制装置的电机驱动控制系统示意图。如图1所示，在传统的永磁电机矢量控制系统基础上，加入了高转速和低转速两个速度估计模块和容错控制模块，将永磁同步电机的电压、电流信号输入两个转速估计模块中，计算得到相应的估计转速。容错控制模块根据速度传感器得到的采集转速ω1和估计转速，通过故障检测、先验后验概率的计算等过程得到转速ωr，该转速作为实际反馈转速参与系统的矢量控制。该专利技术的容错控制策略可以简单概括为：当电机运行在高转速时，如果发生速度传感器故障，反馈转速将会从采集转速ωm平稳地切换为高转速估计模块输出的估计转速ωh；当电机运行在低转速时，如果发生速度传感器故障，反馈转速将会从采集转速ωm平稳地切换为低转速估计模块输出的估计转速ωl。该专利技术包含低转速和高转速两个速度估计模块，减小了单一转速估计算法在特定转速区间存在的估计误差，拓宽了转速的准确估算范围。当电机在固定转速运行时，该专利技术能在速度传感器故障时实现反馈转速的平稳切换，具有较好的稳定性，并且能够根据电机运行状况实时更新先验概率，提高容错控制效果。但该专利技术仍然存在以下不足：当电机系统状态在低速与高速之间频繁切换运行时，系统采用的估计转速就会在ωh和ωl两个状态之间往复切换，而ωh和ωl之间存在偏差，这将导致电机转速发生振荡，影响系统的动态稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置，采用复合估计转速作为反馈转速，既拓宽转速调整范围，又改善了系统的动态稳定性，并根据先验概率的实时在线更新提升了后验概率在不同转速段的准确性。为实现上述专利技术目的，本专利技术一种基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置，其特征在于，包括：模型参考自适应法估算模块、高频注入法估算模块、估计转速复合处理模块和容错控制模块；其中：模型参考自适应法估算模块采用模型参考自适应算法根据电机的电流电压参数估计得到电机转速ω2，其转速估算适用速段为(ωth,ωM]，ωth为高低转速段分段点，ωM为电机最大转速；高频注入法估算模块采用旋转高频电压注入法根据电机的电流电压参数估计得到电机转速ω3，其转速估算适用速段为[0,ωth]；估计转速复合处理模块用于从速度传感器接收电机采集转速ω1和两个转速估计模块得到的估计转速ω2、ω3，再分别计算电机转速ω2和ω3的加权α和β，从而得到复合估计转速并同时根据极大似然估计算法计算转速ω1和复合估计转速的先验概率P(A1)和P(A2)，且有P(A1)+P(A2)＝1，其中，事件A1和A2定义如下：A1＝{选取传感器输出信息作为反馈转速}；A2＝{选取估计算法所得转速值作为反馈转速}；容错控制模块利用估计转速复合处理模块所得的先验概率P(A1)和P(A2)计算后验概率：其中，事件B定义为：B＝{转速闭环反馈值正确}；P(A1|B)为采集转速对应的后验概率，表示当转速闭环反馈值正确时，选取传感器采集值为反馈转速的概率；P(A2|B)为估计转速对应的后验概率，表示当转速闭环反馈值正确时，选取估计转速为反馈转速的概率；P(B|A1)为采集转速对应的条件概率，表示当选取传感器采集转速作为反馈转速时，转速闭环反馈值正确的概率；P(B|A2)为采集转速对应的条件概率，表示当选取估计转速作为反馈转速时，转速闭环反馈值正确的概率；且有其中，T为故障发生持续时间，Ts为整个容错控制装置的闭环控制周期，λ表示预设的条件概率变化率，且0≤λ≤1；θ为预设的后验概率阈值，当P(B|A1)＞θ时，认为速度传感器未发生故障，则令反馈转速ωr＝ω1，否则反馈转速ω1Last为故障发生前一个系统控制周期速度传感器所采集的转速。本专利技术的专利技术目的是这样实现的：本专利技术基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置，通过模型参考自适应算法估算得到的转速ω2和高频注入法估算得到的转速ω3通过加权处理后，得到估计转速再将和基于极大似然估计算法得到的先验概率输入基于后验概率的容错控制模块，得到参与电机矢量控制的反馈转速从而实现改善系统的动态性能的目标，同时也减小了因该方法带来的稳态误差的影响。同时，本专利技术基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置还具有以下有益效果：(1)、当电机运行在固定转速时，基于后验概率的容错控制策略能实现反馈转速由采集转速到估计转速的平稳切换，使系统在固定转速下有良好的静态稳定性；(2)、采用两种转速估计算法，拓宽了该容错系统可准确进行容错控制的转速范围；当系统运行状态变化时，对估计转速的复合处理，使得本专利技术能在可接受的较小静差存在下，实现相关的动态稳定性的要求；(3)、本专利技术利用后验概率进行容错控制，即逐渐改变采集转速和估计转速在反馈转速中的权重，实现了反馈转速由采集转速向估计转速的平稳切换，而先验概率的实时在线更新也提升了后验概率在不同转速段的准确性。而且本专利技术的容错控制装置实现简单，容错控制计算时间较短，利于容错控制的在线实现和应用。附图说明图1是永磁同步电机速度传感器的在线容错控制装置的电机驱动控制系统示意图；图2是基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置的电机驱动控制系统示意图；图3是电机运行状态变化时，永磁同步电机速度传感器的在线容错控制装置的电机驱动控制系统的容错控制效果示意图；图4是电机运行状态变化时，基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置的电机驱动控制系统的容错控制效果示意图；表1是1.1kW内埋式永磁同步电机的参数表；表2是速度传感器、模型参考自适应算法、旋转高频注入法在不同转速下的可靠概率统计表。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图2是基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置的电机驱动控制系统示意图。本实施例中，如图2所示，本专利技术基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置，包括：模型参考自适应法估算模块7、高频注入法估算模块8、估计转速复合处理模块9、容错控制模块10。与图1所示的电机驱动控制系统不同，本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置，其特征在于，包括：模型参考自适应法估算模块、高频注入法估算模块、估计转速复合处理模块和容错控制模块；其中：模型参考自适应法估算模块采用模型参考自适应算法根据电机的电流电压参数估计得到电机转速ω2，其转速估算适用速段为(ωth,ωM]，ωth为高低转速段分段点，ωM为电机最大转速；高频注入法估算模块采用旋转高频电压注入法根据电机的电流电压参数估计得到电机转速ω3，其转速估算适用速段为(0,ωth)；估计转速复合处理模块用于从速度传感器接收电机采集转速ω1和两个转速估计模块得到的估计转速ω2、ω3，再分别计算电机转速ω2和ω3的加权α和β，从而得到复合估计转速并同时根据极大似然估计算法计算转速ω1和复合估计转速的先验概率P(A1)和P(A2)，且有P(A1)+P(A2)＝1，其中，事件A1和A2定义如下：A1＝{选取传感器输出信息作为反馈转速}；A2＝{选取估计算法所得转速值作为反馈转速}；容错控制模块利用估计转速复合处理模块所得的先验概率P(A1)和P(A2)计算后验概率：P(A1|B)=P(B|A1)*P(A1)P(B|A1)*P(A1)+P(B|A2)*P(A2)]]>P(A2|B)=P(B|A2)*P(A2)P(B|A1)*P(A1)+P(B|A2)*P(A2)]]>其中，事件B定义为：B＝{转速闭环反馈值正确}；P(A1|B)为采集转速对应的后验概率，表示当转速闭环反馈值正确时，，选取传感器采集值为反馈转速的概率；P(A2|B)为估计转速对应的后验概率，表示当转速闭环反馈值正确时，选取估计转速为反馈转速的概率；P(B|A1)为采集转速对应的条件概率，表示当选取传感器采集转速作为反馈转速时，转速闭环反馈值正确的概率；P(B|A2)为采集转速对应的条件概率，表示当选取估计转速作为反馈转速时，转速闭环反馈值正确的概率；且有P(B|A1)=λT/Ts]]>P(B|A2)=1-λT/Ts]]>其中，T为故障发生持续时间，Ts为整个容错控制装置的闭环控制周期，λ表示预设的条件概率变化率，且0≤λ≤1；θ为预设的后验概率阈值，当P(B|A1)＞θ时，认为速度传感器未发生故障，则令反馈转速ωr＝ω1，否则反馈转速ω1Last为故障发生前一个系统控制周期速度传感器所采集的转速。...
【技术特征摘要】
1.一种基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制装置，其特征在于，包括：模型参考自适应法估算模块、高频注入法估算模块、估计转速复合处理模块和容错控制模块；其中：模型参考自适应法估算模块采用模型参考自适应算法根据电机的电流电压参数估计得到电机转速ω2，其转速估算适用速段为(ωth,ωM]，ωth为高低转速段分段点，ωM为电机最大转速；高频注入法估算模块采用旋转高频电压注入法根据电机的电流电压参数估计得到电机转速ω3，其转速估算适用速段为[0,ωth]；估计转速复合处理模块用于从速度传感器接收电机采集转速ω1和两个转速估计模块得到的估计转速ω2、ω3，再分别计算电机转速ω2和ω3的加权α和β，从而得到复合估计转速并同时根据极大似然估计算法计算转速ω1和复合估计转速的先验概率P(A1)和P(A2)，且有P(A1)+P(A2)＝1，其中，事件A1和A2定义如下：A1＝{选取传感器输出信息作为反馈转速}；A2＝{选取估计算法所得转速值作为反馈转速}；容错控制模块利用估计转速复合处理模块所得的先验概率P(A1)和P(A2)计算后验概率：其中，事件B定义为：B＝{转速闭环反馈值正确}；P(A1|B)为采集转速对应的后验概率，表示当转速闭环反馈值正确时，选取传感器采集值为反馈转速的概率；P(A2|B)为估计转速对应的后验概率，表示当转速闭环反馈值正确时，选取估计转速为反馈转速的概率；P(B|A1)为采集转速对应的条件概率，表示当选取传感器采集转速作为反馈转速时，转速闭环反馈值正确的概率；P(B|A2)为采集转速对应的条件概率，表示当选取估计转速作为反馈转速时，转速闭环反馈值正确的概率；且有其中，T为故障发生持续时间，Ts为整个容错控制装置的闭环控制周期，λ表示预设的条件概率变化率，且0≤λ≤1；θ为预设的后验概率阈值，当P(B|A1)＞θ时，认为速度传感器未发生故障，则令反馈转速ωr＝ω1，否则反馈转速ω1Last为故障发生...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹见效，葛毅，凡时财，郑宏，徐红兵，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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