PMSM驱动系统的旋转变压器自适应容错控制系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种PMSM驱动系统的旋转变压器自适应容错控制系统及其方法，其特征是包括：交轴电流脉动分量获取模块、故障模式解耦分离模块、故障程度获取模块、位置偏差计算与补偿模块。本发明专利技术能够对旋转变压器发生正交不完善和幅值不平衡故障后实现故障模式的定位、分离和故障程度获取，并实现故障后PMSM驱动系统的自适应容错控制，从而实现PMSM驱动系统的安全可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
PMSM驱动系统的旋转变压器自适应容错控制系统及其方法
技术介绍
电动汽车永磁同步电机(PMSM)驱动系统位置检测多采用旋转变压器，与光电编码器和霍尔传感器等位置传感器相比，旋转变压器具有抗冲击与振动、环境适应性强和输出绝对位置的明显优势。然而，由于旋转变压器安装误差、旋转变压器励磁与输出调理电路器件的温度漂移等非线性影响，使得旋转变压器的正余弦输出出现幅值不平衡和正交不完善故障，导致基于旋转变压器解码芯片输出的PMSM解调位置与电机实际位置间存在位置偏差，使电机转矩和转速出现持续振荡。现有的技术解决方案是基于正交不完善和幅值不平衡故障导致旋转变压器的正余弦输出存在的特定次数异常谐波，离线条件下通过对特定次异常谐波的幅值拟合获得位置偏差的补偿多项式并据此实施容错控制，但该方案无法实现旋转变压器故障的在线诊断且容错控制效果欠佳。基于递推最小二乘法的在线参数辨识实现旋转变压器故障引起的转子位置偏差的补偿方法，存在对待辨识参数初值要求较高的缺陷，而且该方法易受噪声干扰，无法实现故障模式识别、故障定位及故障程度确定。基于各种观测器观测电机转子位置再与旋转变压器解码芯片输出解调位置进行比较的故障在线诊断与容错控制方法，存在电机参数变化及逆变器死区效应直接影响转子位置观测精度的不足，也不能实现故障模式识别、故障定位及故障程度的确定。此外，利用双同步解耦锁相环设计的集成正交不完善与幅值不平衡故障在线诊断与容错控制功能的旋转变压器数字转换器，存在算法实现复杂的不足。
技术实现思路
为了克服现有旋转变压器故障在线诊断与容错控制方法的不足，本专利技术提出一种PMSM驱动系统的旋转变压器自适应容错控制系统及其方法，以期能够对旋转变压器发生正交不完善和幅值不平衡故障后实现故障模式定位、分离和故障程度获取，并实现故障后PMSM驱动系统的自适应容错控制，从而实现PMSM驱动系统的安全可靠运行。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一种PMSM驱动系统的旋转变压器自适应容错控制系统的特点是应用于由旋转变压器和解码芯片来获取PMSM转子位置的PMSM驱动系统中，所述旋转变压器的正余弦输出经所述解码芯片解调，输出所述PMSM的解调位置θ；所述旋转变压器自适应容错控制系统包括：交轴电流脉动分量获取模块、故障模式解耦分离模块、故障程度获取模块、位置偏差计算与补偿模块；所述交轴电流脉动分量获取模块是对所述PMSM的三相检测定子电流ia、ib、ic进行坐标变换处理，得到同步旋转坐标系下的PMSM定子交轴电流iq和定子直轴电流id，再由所述PMSM定子交轴电流iq得到所述PMSM定子交轴电流iq的直流分量iqdc，最后由所述PMSM定子交轴电流iq和直流分量iqdc，获得因旋转变压器故障而产生的PMSM定子交轴电流故障分量Δiq；所述故障模式解耦分离模块对所述PMSM定子交轴电流故障分量Δiq进行解耦分离和积分处理，获得幅值不平衡故障分量积分值Fαfb和正交不完善故障分量积分值Fβfb；所述故障程度获取模块是将给定参考值“0”减去所述幅值不平衡故障分量积分值Fαfb，获得幅值不平衡故障误差信号ΔFα；给定参考值“0”减去正交不完善故障分量积分值Fβfb，获得正交不完善故障误差信号ΔFβ；再对所述幅值不平衡故障误差信号ΔFα进行比例积分调节，得到幅值不平衡故障程度Fα；对所述正交不完善故障误差信号ΔFβ进行比例积分调节，得到正交不完善故障程度Fβ；所述位置偏差计算与补偿模块利用所述幅值不平衡故障程度Fα和正交不完善故障程度Fβ，计算获得所述解调位置θ与电机实际位置θr之间存在的位置偏差Δθ，再利用所述位置偏差Δθ对所述解调位置θ进行补偿，得到所述PMSM驱动系统旋转变压器故障的容错位置θcom，用于对所述PMSM进行矢量控制。本专利技术所述的旋转变压器自适应容错控制系统的特点也在于，所述交轴电流脉动分量获取模块包括：坐标变换模块、直流分量计算模块和减法器；所述坐标变换模块对所述PMSM的三相检测定子电流ia、ib、ic进行坐标变换处理，得到同步旋转坐标系下的PMSM定子交轴电流iq和定子直轴电流id；所述直流分量计算模块用于计算所述PMSM定子交轴电流iq的直流分量iqdc；所述减法器对所述PMSM定子交轴电流iq和所述直流分量iqdc进行计算，获得PMSM定子交轴电流故障分量Δiq。所述故障模式解耦分离模块包括：第一乘法器、第一积分器、第二乘法器和第二积分器；所述第一乘法器对所述PMSM定子交轴电流故障分量Δiq和函数sign[sin(2θ)]进行计算，计算结果输出给所述第一积分器进行积分运算，得到所述幅值不平衡故障分量积分值Fαfb；其中，sign为符号运算，当[sin(2θ)]大于0时，sign[sin(2θ)]等于1，反之，则等于-1；所述第二乘法器对所述PMSM定子交轴电流故障分量Δiq和函数sign[cos(2θ)]进行计算，计算结果输出给所述第二积分器进行积分运算，得到正交不完善故障分量积分值Fβfb。所述故障程度获取模块包括：第一减法器、第二减法器、第一比例积分调节器和第二比例积分调节器；所述第一减法器将参考给定值“0”减去所述幅值不平衡故障分量积分值Fαfb，获得幅值不平衡故障误差信号ΔFα；所述第一比例积分调节器对输入的幅值不平衡故障误差信号ΔFα进行计算，得到幅值不平衡故障程度Fα；所述第二减法器将参考给定值“0”减去所述正交不完善故障分量积分值Fβfb，获得正交不完善故障误差信号ΔFβ；所述第二比例积分调节器对输入的正交不完善故障误差信号ΔFβ进行计算，得到正交不完善故障程度Fβ。所述位置偏差计算与补偿模块包括：第一加法器、第二加法器、第三乘法器、第四乘法器、第五乘法器和第三减法器；所述第一加法器对常数“1”和cos(2θ)进行计算，得到的结果与常数“0.5”分别作为所述第三乘法器的输入，经过所述第三乘法器的计算，得到的结果和所述正交不完善故障程度Fβ分别作为所述第四乘法器的输入，并进行计算，得到的结果作为所述第三减法器的输入；所述第五乘法器对所述幅值不平衡故障程度Fα和sin(2θ)进行计算，得到的结果作为所述第三减法器的另一个输入；由所述第三减法器进行计算得到位置偏差Δθ；所述第二加法器对所述位置偏差Δθ和解调位置θ进行计算，得到容错位置θcom。本专利技术一种PMSM驱动系统的旋转变压器自适应容错控制方法的特点是应用于由旋转变压器和解码芯片来获取PMSM转子位置的PMSM驱动系统中，所述旋转变压器的正余弦输出经解码芯片进行解调，输出所述PMSM的解调位置θ；所述旋转变压器自适应容错控制方法是按如下步骤进行：步骤1、对所述PMSM的三相检测定子电流ia、ib、ic利用式(1)进行坐标变换，得到同步旋转坐标系下的PMSM定子交轴电流iq和定子直轴电流id：式(1)中，θcom表示容错位置；步骤2、利用式(2)获得所述PMSM定子交轴电流iq的直流分量iqdc：式(2)中，N为选取的窗口长度，为大于1的整数；iq(1)为当前采样周期PMSM定子交轴电流值，iq(2)为上一采样周期PMSM定子交轴电流值，以此类推，iq(N-1)为当前采样周期之前的第N-1个采样周期对应的PMSM定子交轴电流值，iq(N)为当前采样周期之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PMSM驱动系统的旋转变压器自适应容错控制系统，其特征是应用于由旋转变压器和解码芯片来获取PMSM转子位置的PMSM驱动系统中，所述旋转变压器的正余弦输出经所述解码芯片解调，输出所述PMSM的解调位置θ；所述旋转变压器自适应容错控制系统包括：交轴电流脉动分量获取模块、故障模式解耦分离模块、故障程度获取模块、位置偏差计算与补偿模块；所述交轴电流脉动分量获取模块是对所述PMSM的三相检测定子电流i

【技术特征摘要】
1.一种PMSM驱动系统的旋转变压器自适应容错控制系统，其特征是应用于由旋转变压器和解码芯片来获取PMSM转子位置的PMSM驱动系统中，所述旋转变压器的正余弦输出经所述解码芯片解调，输出所述PMSM的解调位置θ；所述旋转变压器自适应容错控制系统包括：交轴电流脉动分量获取模块、故障模式解耦分离模块、故障程度获取模块、位置偏差计算与补偿模块；所述交轴电流脉动分量获取模块是对所述PMSM的三相检测定子电流ia、ib、ic进行坐标变换处理，得到同步旋转坐标系下的PMSM定子交轴电流iq和定子直轴电流id，再由所述PMSM定子交轴电流iq得到所述PMSM定子交轴电流iq的直流分量iqdc，最后由所述PMSM定子交轴电流iq和直流分量iqdc，获得因旋转变压器故障而产生的PMSM定子交轴电流故障分量Δiq；所述故障模式解耦分离模块对所述PMSM定子交轴电流故障分量Δiq进行解耦分离和积分处理，获得幅值不平衡故障分量积分值Fαfb和正交不完善故障分量积分值Fβfb；所述故障程度获取模块是将给定参考值“0”减去所述幅值不平衡故障分量积分值Fαfb，获得幅值不平衡故障误差信号ΔFα；给定参考值“0”减去正交不完善故障分量积分值Fβfb，获得正交不完善故障误差信号ΔFβ；再对所述幅值不平衡故障误差信号ΔFα进行比例积分调节，得到幅值不平衡故障程度Fα；对所述正交不完善故障误差信号ΔFβ进行比例积分调节，得到正交不完善故障程度Fβ；所述位置偏差计算与补偿模块利用所述幅值不平衡故障程度Fα和正交不完善故障程度Fβ，计算获得所述解调位置θ与电机实际位置θr之间存在的位置偏差Δθ，再利用所述位置偏差Δθ对所述解调位置θ进行补偿，得到所述PMSM驱动系统旋转变压器故障的容错位置θcom，用于对所述PMSM进行矢量控制。2.根据权利要求1所述的旋转变压器自适应容错控制系统，其特征是，所述交轴电流脉动分量获取模块包括：坐标变换模块、直流分量计算模块和减法器；所述坐标变换模块对所述PMSM的三相检测定子电流ia、ib、ic进行坐标变换处理，得到同步旋转坐标系下的PMSM定子交轴电流iq和定子直轴电流id；所述直流分量计算模块用于计算所述PMSM定子交轴电流iq的直流分量iqdc；所述减法器对所述PMSM定子交轴电流iq和所述直流分量iqdc进行计算，获得PMSM定子交轴电流故障分量Δiq。3.根据权利要求1所述的旋转变压器自适应容错控制系统，其特征是，所述故障模式解耦分离模块包括：第一乘法器、第一积分器、第二乘法器和第二积分器；所述第一乘法器对所述PMSM定子交轴电流故障分量Δiq和函数sign[sin(2θ)]进行计算，计算结果输出给所述第一积分器进行积分运算，得到所述幅值不平衡故障分量积分值Fαfb；其中，sign为符号运算，当[sin(2θ)]大于0时，sign[sin(2θ)]等于1，反之，则等于-1；所述第二乘法器对所述PMSM定子交轴电流故障分量Δiq和函数sign[cos(2θ)]进行计算，计算结果输出给所述第二积分器进行积分运算，得到正交不完善故障分量积分值Fβfb。4.根据权利要求1所述的旋转变压器自适应容错控制系统，其特征是，所述故障程度获取模块包括：第一减法器、第二减法器、第一比例积分调节器和第二比例积分调节器；所述第一减法器将参考给定值“0”减去所述幅值不平衡故障分量积分值Fαfb，获得幅值不平衡故障误差信号ΔFα；所述第一比例积分调节器对输入的幅值不平衡故障误差信号ΔFα进行计算，得到幅值不平衡故障程度Fα；所述第二减法器将参考给定值“0”减去所述正交不完善故障分量积分值Fβfb，获得正交不完善故障误差信号ΔFβ；所述第二比例积分调节器对输入的正交不完善故障误差信号ΔFβ进行计算，得到正交不完善故障程度Fβ。5.根据权利要求1所述的旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红梅，刘立文，姚宏洋，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34