多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法。本发明专利技术的方法包括：(1)对待诊断多相永磁同步电机驱动系统的速度传感器、直流母线电压传感器、相电流传感器输出信号进行采集；(2)利用步骤(1)中采集得到的信号分别计算转速指数SI、磁链差绝对值|Δψ|、谐波平面电流幅值Ixy、正半波电流指数CI+和负半波电流指数CI‑；(3)速度传感器故障诊断；(4)电压传感器故障诊断；(5)谐波平面电流状态检测；(6)缺相故障诊断；(7)S1开关管开路故障诊断；(8)S2开关管开路故障诊断；(9)电流传感器故障诊断。本方法在不增加外部辅助电路的前提下，能够实现各类故障快速、准确的诊断。

Fault diagnosis method for multiphase permanent magnet synchronous motor drive system

The invention discloses a fault diagnosis method for a multiphase permanent magnet synchronous motor drive system. The method of the invention comprises: (1) collecting the output signals of the speed sensor, the DC bus voltage sensor and the phase current sensor for diagnosing the drive system of the multiphase permanent magnet synchronous motor; (2) calculating the speed index SI, the absolute value of the flux linkage difference | and the amplitude Ixy of the harmonic plane current respectively by using the signals collected in the step (1) (3) Fault diagnosis of speed sensor; (4) Fault diagnosis of voltage sensor; (5) Detection of harmonic plane current state; (6) Fault diagnosis of phase absence; (7) Fault diagnosis of S1 switch tube opening; (8) Fault diagnosis of S2 switch tube opening; (9) Fault diagnosis of current sensor. This method can diagnose all kinds of faults quickly and accurately without adding external auxiliary circuits.

【技术实现步骤摘要】
多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法
：本专利技术涉及一种多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法，属于电工、电机、电力电子领域。
技术介绍
：随着现代电机驱动系统在航空航天、电动汽车、舰艇推进，轨道交通等领域对驱动系统可靠性要求的不断提高，传统的电机系统遇到瓶颈。传统的三相电机当某相绕组发生故障后，无法继续缺相运行，只能被迫停机，存在较大安全隐患，同样无法应用在对系统可靠性要求比较高的场合。多相电机系统与三相电机系统相比具有如下优势：1)低压电力电子器件实现大功率输出；2)电机相数多，脉动频率高，脉动幅值小；3)可靠性高，容错能力强。在可靠性要求较高的系统中，尽早地检测和识别任何潜在的异常和故障并实施容错控制，可最大限度保留电机驱动系统原有运行性能，并避免危险情况发生。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法，能够快速、准确地诊断出驱动系统中存在的各类传感器故障和电气故障。上述的目的通过以下技术方案实现：一种多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法，该方法包括以下步骤：(1)对待诊断多相永磁同步电机驱动系统的速度传感器、直流母线电压传感器、相电流传感器输出信号进行采集；(2)利用步骤(1)中采集得到的信号分别计算转速指数SI、磁链差绝对值|Δψ|、谐波平面电流幅值Ixy、正半波电流指数CI+和负半波电流指数CI-；(3)速度传感器故障诊断：判断转速指数SI大于其相应阈值是否成立，如果成立，诊断出系统的速度传感器发生故障，否则执行下一条件判断，其中，转速指数SI的阈值取值为系统无故障情况下转速指数SI最大值的2倍；(4)电压传感器故障诊断：判断磁链差绝对值|Δψ|大于其相应阈值和谐波平面电流幅值Ixy小于其相应阈值1A是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统的直流母线电压传感器发生故障，否则执行下一条件判断，其中，磁链差绝对值|Δψ|的阈值取值为系统无故障情况下磁链差绝对值|Δψ|最大值的2倍；(5)谐波平面电流状态检测：判断谐波平面电流幅值Ixy大于其相应阈值是否成立，如果不成立则系统无故障，重新进行下一轮故障诊断，如果成立则执行下一条件判断，其中，谐波平面电流幅值Ixy的阈值取值为系统无故障情况下谐波平面电流幅值Ixy最大值的2倍；(6)缺相故障诊断：判断正半波电流指数CI+小于其相应阈值和负半波电流指数CI-小于其相应阈值是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统发生缺相故障，否则执行下一条件判断，其中，正半波电流指数CI+和负半波电流指数CI-的在正常和各种故障状态下均为0或1附近的数值，因而二者的阈值均取值为0.5；(7)S1开关管开路故障诊断：判断正半波电流指数CI+小于其相应阈值0.5和负半波电流指数CI-大于其相应阈值0.5是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统的S1开关管发生开路故障，否则执行下一条件判断；(8)S2开关管开路故障诊断：判断正半波电流指数CI+大于其相应阈值0.5和负半波电流指数CI-小于其相应阈值0.5是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统的S2开关管发生开路故障，否则诊断出系统的电流传感器发生故障；(9)电流传感器故障诊断：通过谐波平面电流轨迹识别技术获取到的各类故障电流轨迹特征确定故障发生的具体位置。所述的多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法，所述的转速指数SI是速度传感器反馈速度与磁链旋转速度作差的绝对值与电机参考转速的比值；所述的磁链旋转速度ωψ通过式(1)得出：式中，θ是待诊断多相永磁同步电机的转子位置角，λs是待诊断多相永磁同步电机的定子磁链位置角，δ是转矩角，ωψ是定子磁链旋转速度，ωd为转矩角的微分值，由于ωd远小于ωψ，电机转速的估测值近似为磁链旋转速度。所述的多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法，所述的磁链差绝对值|Δψ|是指基于电流模型的磁链观测器和基于电压模型的磁链观测器观测得到的磁链幅值偏差，所述基于电流模型的磁链观测器和基于电压模型的磁链观测器分别通过式(2)和式(3)计算磁链：其中，ψsα是α轴定子磁链，ψsβ是β轴定子磁链，Usα是α轴定子电压，Usβ是β轴定子电压，isα是α轴定子电流，isβ是β轴定子电流，Rs是定子电阻；其中，ψd是d轴磁链，ψq是q轴磁链，Ld是d轴电感，Lq是q轴电感，isα是α轴定子电流，isβ是β轴定子电流，id是d轴电流，iq是q轴电流，ψf是永磁磁链。所述的多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法，所述的谐波平面电流幅值Ixy为各相电流传感器反馈值经矢量空间解耦坐标变换得到的谐波平面电流幅值。所述的多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法，所述的正半波电流指数CI+和负半波电流指数CI-通过式(4)计算得到：其中，IA+、IA-、IB+、IB-...IF+、IF-是各相正半波和负半波电流绝对值的平均值，Iave是定子电流绝对平均值，Ix+和Ix-分别是诊断相电流正半波绝对值的平均值和诊断相电流负半波绝对值的平均值。本专利技术所产生的有益效果：(1)本方法能够诊断多相电机驱动系统中用到的所有传感器故障，即速度传感器故障、直流母线电压传感器故障和相电流传感器故障。(2)本方法兼顾了电机驱动系统的传感器故障和常见电气故障，具有更低的误诊断概率和更好的实际应用性。(3)本方法采用的磁链旋转速度检测技术依托于电机基础控制已有的磁链相关数据，不会增加处理器运算负担，但同样能够快速准确的诊断出速度传感器故障。(4)本方法采用的双磁链观测器对比技术充分利用了基于电压模型的磁链观测器与直流母线电压直接相关的特性和基于电流模型的磁链观测器与直流母线电压无关联的特性，大大提高了直流母线电压传感器故障诊断的准确度。(5)本方法采用的谐波平面电流轨迹识别技术可以用于相电流传感器故障、逆变器开关管开路故障诊断和电机缺相故障三种故障的诊断，很大程度上降低了诊断方法的复杂度。附图说明图1为多相永磁同步电机驱动系统故障诊断流程图；其中，11为诊断开始，12为参数计算，13为速度传感器故障诊断，14为电压传感器故障诊断，15为谐波平面电流状态检测，16为缺相故障诊断，17为S1开关管开路故障诊断，18为S2开关管开路故障诊断，19为电流传感器故障诊断。图2为多相永磁同步电机驱动系统硬件电路结构图；其中，21为供电电源，22为直流母线电容，23为逆变器开关管，24为多相永磁同步电机，25为速度传感器，26为直流母线电压传感器，27为相电流传感器。图3为基于电流模型的定子磁链观测器；其中，31为静止坐标系电流，32为转子位置角，33为同步坐标变换，34为同步坐标系电流，35为同步电感，36为永磁体磁链，37为同步坐标系磁链，38为静止坐标变换，39为静止坐标系磁链，310为极坐标变换，311为定子磁链幅值，312为定子磁链位置角。图4为相电流传感器故障谐波平面电流轨迹识别；其中，41为x1-y1坐标系，42为x2-y2坐标系，43为x3-y3坐标系，44为A相电流传感器故障谐波平面电流轨迹，45为B相电流传感器故障谐波平面电流轨迹，46为D相电流传感器故障谐波平面电流轨迹，46为E相电流传感器故障谐波平面电流轨迹。图5为缺相故障谐波平面电流轨迹识别；其中，51为x1-y1坐标系，52为x2-y2坐标系，53为x3-y3坐标系，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对待诊断多相永磁同步电机驱动系统的速度传感器、直流母线电压传感器、相电流传感器输出信号进行采集；(2)利用步骤(1)中采集得到的信号分别计算转速指数SI、磁链差绝对值|Δψ|、谐波平面电流幅值Ixy、正半波电流指数CI+和负半波电流指数CI‑；(3)速度传感器故障诊断：判断转速指数SI大于其相应阈值是否成立，如果成立，诊断出系统的速度传感器发生故障，否则执行下一条件判断，其中，转速指数SI的阈值取值为系统无故障情况下转速指数SI最大值的2倍；(4)电压传感器故障诊断：判断磁链差绝对值|Δψ|大于其相应阈值和谐波平面电流幅值Ixy小于其相应阈值1A是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统的直流母线电压传感器发生故障，否则执行下一条件判断，其中，磁链差绝对值|Δψ|的阈值取值为系统无故障情况下磁链差绝对值|Δψ|最大值的2倍；(5)谐波平面电流状态检测：判断谐波平面电流幅值Ixy大于其相应阈值是否成立，如果不成立则系统无故障，重新进行下一轮故障诊断，如果成立则执行下一条件判断，其中，谐波平面电流幅值Ixy的阈值取值为系统无故障情况下谐波平面电流幅值Ixy最大值的2倍；(6)缺相故障诊断：判断正半波电流指数CI+小于其相应阈值和负半波电流指数CI‑小于其相应阈值是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统发生缺相故障，否则执行下一条件判断，其中，正半波电流指数CI+和负半波电流指数CI‑的在正常和各种故障状态下均为0或1附近的数值，因而二者的阈值均取值为0.5；(7)S1开关管开路故障诊断：判断正半波电流指数CI+小于其相应阈值0.5和负半波电流指数CI‑大于其相应阈值0.5是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统的S1开关管发生开路故障，否则执行下一条件判断；(8)S2开关管开路故障诊断：判断正半波电流指数CI+大于其相应阈值0.5和负半波电流指数CI‑小于其相应阈值0.5是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统的S2开关管发生开路故障，否则诊断出系统的电流传感器发生故障；(9)电流传感器故障诊断：通过谐波平面电流轨迹识别技术获取到的各类故障电流轨迹特征确定故障发生的具体位置。...

【技术特征摘要】
1.一种多相永磁同步电机驱动系统故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)对待诊断多相永磁同步电机驱动系统的速度传感器、直流母线电压传感器、相电流传感器输出信号进行采集；(2)利用步骤(1)中采集得到的信号分别计算转速指数SI、磁链差绝对值|Δψ|、谐波平面电流幅值Ixy、正半波电流指数CI+和负半波电流指数CI-；(3)速度传感器故障诊断：判断转速指数SI大于其相应阈值是否成立，如果成立，诊断出系统的速度传感器发生故障，否则执行下一条件判断，其中，转速指数SI的阈值取值为系统无故障情况下转速指数SI最大值的2倍；(4)电压传感器故障诊断：判断磁链差绝对值|Δψ|大于其相应阈值和谐波平面电流幅值Ixy小于其相应阈值1A是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统的直流母线电压传感器发生故障，否则执行下一条件判断，其中，磁链差绝对值|Δψ|的阈值取值为系统无故障情况下磁链差绝对值|Δψ|最大值的2倍；(5)谐波平面电流状态检测：判断谐波平面电流幅值Ixy大于其相应阈值是否成立，如果不成立则系统无故障，重新进行下一轮故障诊断，如果成立则执行下一条件判断，其中，谐波平面电流幅值Ixy的阈值取值为系统无故障情况下谐波平面电流幅值Ixy最大值的2倍；(6)缺相故障诊断：判断正半波电流指数CI+小于其相应阈值和负半波电流指数CI-小于其相应阈值是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统发生缺相故障，否则执行下一条件判断，其中，正半波电流指数CI+和负半波电流指数CI-的在正常和各种故障状态下均为0或1附近的数值，因而二者的阈值均取值为0.5；(7)S1开关管开路故障诊断：判断正半波电流指数CI+小于其相应阈值0.5和负半波电流指数CI-大于其相应阈值0.5是否同时成立，如果同时成立，诊断出系统的S1开关管发生开路故障，否则执行下一条件判断；(8)S2开关管开路故障诊断：判断正半波电流指数CI+大于其相应阈值0.5和负半波电流指数CI-小于其相应阈值0.5是否同时成立，如果同时成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王政，王学庆，徐质闲，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32