一种高铁牵引整流器的复合故障估计与容错控制方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及故障诊断与容错控制
，具体地说，涉及一种高速铁路列车牵引整流器的复合故障估计与容错控制方法。
技术介绍
不同于普通三相交流电驱动的整流器，高速铁路列车牵引整流器采用单相轮流供电模式。当高速列车沿着电力分相区长时间运行时，这种循环驱动机制是整流器多变量复合故障发生的根源。在整流器四象限模态切换运行过程中，尽管控制器、执行器和传感器都是正常的，但不合适的触发脉冲仍能导致复合故障的发生。此外，考虑到接触网侧和逆变器侧驱动系统之间的高强度双向能量流动，高铁牵引整流器的复杂交错运行工况更容易受到复合故障的影响。目前关于整流器的研究大都集中在切换模式的功率保护，高功率质量和谐波分析等，很少考虑整流器变参数耦合动态下的故障估计与容错控制问题。多变量容错控制技术的一个关键问题是将输入和输出进行合理地“配对”，使得交互作用的影响达到最小。作为交互作用的一种有用度量，相对增益阵列可以保证多变量复合故障估计的解耦配对。目前，基于故障导向安全的高铁整流器故障诊断机制，是一种面向牵引控制单元保护的开环故障诊断方法。这种事后故障诊断方法很难满足牵引整流器复合故障微秒级的诊断要求。此外，高铁牵引整流器变参数耦合不确定模型难以解决复合故障的预测问题，从而可能导致整流器安全性能降级的问题。因此，基于参数辨识的闭环故障估计方法对高铁牵引整流器这类变参数耦合系统的健康预测具有重要意义。为了降低复合故障带来的不利影响，并提高四象限整流器网络的同步控制性能，传统的反馈控制难以应对多变量控制回路和故障观测器之间的双向模型不匹配和故障估计误差。单一的基于反馈控制的容错方法，还不能...
【技术保护点】
一种高铁牵引整流器的复合故障估计与容错控制方法，其特征是，建立整流器系统复合故障的多变量演化模型，采用基于稳定滤波器的最小二乘法来动态辨识模型参数，根据所述模型参数设计前馈补偿器解耦多变量复合故障模型；设计比例‑积分鲁棒闭环故障观测器来解决复合故障检测灵敏性和干扰抑制问题，提高系统的容错控制性能；通过设计全局渐进稳定收敛律，基于多变量动态补偿器的模型参考自适应控制提高系统的容错控制性能。
【技术特征摘要】
1.一种高铁牵引整流器的复合故障估计与容错控制方法，其特征是，建立整流器系统复合故障的多变量演化模型，采用基于稳定滤波器的最小二乘法来动态辨识模型参数，根据所述模型参数设计前馈补偿器解耦多变量复合故障模型；设计比例-积分鲁棒闭环故障观测器来解决复合故障检测灵敏性和干扰抑制问题，提高系统的容错控制性能；通过设计全局渐进稳定收敛律，基于多变量动态补偿器的模型参考自适应控制提高系统的容错控制性能。2.根据权利要求1所述的高铁牵引整流器复合故障估计与容错控制方法，其特征是，所述方法包含以下步骤：步骤一，从牵引整流器复合故障具有等价空间的原理出发，引入单一故障演化因子来描述整流器系统高维演化动态，建立描述牵引整流器系统复合故障特性、干扰特性和结构损伤的降维模型；步骤二，采用基于稳定滤波器的最小二乘法来动态辨识所述模型参数，得到确定的多变量故障模型；并根据已经辨识的模型参数，通过相对增益阵列理论解耦所述多变量复合故障模型，设计前馈补偿器实现闭环系统故障检测前的稳定性；步骤三，设计多目标比例-积分闭环鲁棒故障估计器，实现牵引整流器复合故障微秒级的诊断和对干扰抑制；步骤四，结合系统估计和系统控制之间的对偶性原理，设计鲁棒动态补偿器来提高系统容错能力，设计状态反馈模型参考自适应控制来应对故障系统的不确定性。3.根据权利要求2所述的高铁牵引整流器复合故障估计与容错控制方法，其特征是，所述多变量复合故障的多变量演化模型为： x · = A ( ξ ) x ( t ) + B u ( t ) + E ( t - t f ) f + D 1 w ( t ) y ( t ) = C x ( t ) + D 2 w ( t ) - - - ( 1 ) ]]>式中，状态变量x＝[iC Vdc]为包含网侧电流ic和直流侧电压Vdc；联合控制输入变量u＝[ild Vg]定义为负载电流ild和网侧电压Vg；多变量控制环路输出为y＝[iC Vdc]；A(ξ)代表降维的参数化系统矩阵，ξ(0≤ξ≤1)为故障演化因子；B为输入矩阵，C为输出矩阵；f＝[f1 f2]为耦合的网侧电压和负载电流故障，tf为未知故障发生时间，代表可恢复故障的时间轮廓；w为能量有界的谐波干扰，D1和D2分别代表扰动矩阵。4.根据权利要求3所述的高铁牵引整流器复合故障估计与容错控制方法，其特征是，基于稳定滤波器的最小二乘法来动态辨识故障演化因子ξ，将式(1)简化为如下形式：式中Δ1和Δ2为作用在传感器和执行器上的未知但恒定的不利条件。5.根据权利要求4所述的高铁牵引整流器复合故障估计与容错控制方法，其特征是，根据等价变换原则，式(2)的s域表达式为：Pξ(s)[y](t)＝ZΔ(s)[u](t)+π(s)[υ](t) (3)式中Pξ(s)＝s3-a2ξs2,ZΔ(s)＝b2c1s2,π(s)＝Δ2s2+(c1Δ1-Δ2a2ξ)s为已知的多项式，υ(t)为不可测量的噪声；为了从噪声信号υ(t)中估计出准确的参数值ξ,选择如下稳定多项式Λ(s)＝s3+λ2s2+λ1sλ0，所有零点均位于s左半平面来设计可靠的滤波器对式(3)两边同时进行滤波，可得如下结论： lim s → ∞ π ( s ) Λ ( s ) [ υ ] ( t ) = lim s → ∞ Δ 2 s 2 + ( c 1 Δ 1 - Δ 2 a 2 ξ ) s s 3 + λ 2 s 2 + λ 1 s + λ 0 [ υ ] ( t ) = 0 - - - ( 5 ) ]]> y ( t ) = Z Δ ( s ) Λ ( s ) [ u ] ( t ) + Λ ( s ) - P ξ ( s ) Λ ( s ) [ y ] ( t ) - - - ( 6 ) ]]>通过引入如下的参数θ*和回归向量φ(t):θ*＝[b2c1 λ0 λ1 λ2+a2ξ] φ ( t ) = s 2 Λ ( s ) [ u ] ( t ) 1 Λ ( s ) [ y ] ( t ) s Λ ( s ) [ y ] ( t ) s 2 Λ ( s ) [ y ] ( t ) ]]>式(6)可以转化为如下的参数化形式：y(t)＝(θ*)Tφ(t) (7)采用标准化的最小二乘法得到了式(7)中未知参数θ*或ξ的零稳态误差估计。6.根据权利要求5所述的高铁牵引整流器复合故障估计与容错控制方法，其特征是，采用相同方法式(1)中的不确定参数矩阵A(ξ)辨识为A，并且估计得到tf的零稳态误差值，即式(1)中的不确定参数矩阵E(t-tf)辨识为E，通过引入具有稳定功能的前馈控制器u(t)＝K1y(t)，则式(2)的闭环形式为： x · ( t ) = ( A + BK 1 C + Δ ξ ) x ( t ) + BK 1 Δ 2 + Δ 1 - - - ( 8 ) ]]>式中为参数辨识误差；根据式(1)和式(8)，同时考虑快速性和抗干扰能力的多目标比例-积分闭环鲁棒故障估计器设计如下： d x ^ d t = ( A + BK 1 C ) x ^ ( t ) + E f ^ - L p ( y ^ ( t ) - y ( t ) ) d f ^ d t ...
【专利技术属性】
技术研发人员：张坤鹏，姜斌，陈复扬，冒泽慧，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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