本发明专利技术公开了构建滑模磁链观测器的方法及装置、退磁故障诊断方法，构建滑模磁链观测器的方法包括，获取永磁电机a、b两相电压和电流、位置及转速信息；根据位置信息将a、b两相电压和电流转换为d、q轴电压和电流；根据d、q轴电流和电压、转速及电气参数，建立永磁电机特性方程，电气信息包括电机的d轴电感、q轴电感、电阻、转子磁链和永磁体极对数；通过永磁电机特性方程构建滑模磁链观测器。通过永磁电机特性方程构建滑模磁链观测器。本发明专利技术具有实施简单、响应速度快、鲁棒性强和故障诊断精度高的优点，且能同时检测局部退磁和均匀退磁两种故障形式，对及时检测并处理退磁故障具有十分重要的价值。要的价值。要的价值。
【技术实现步骤摘要】
构建滑模磁链观测器的方法及装置、退磁故障诊断方法
[0001]本专利技术属于永磁电机领域，尤其涉及一种构建滑模磁链观测器的方法及装置、退磁故障诊断方法。
技术介绍
[0002]永磁电机具有结构紧凑、功率密度高等优点，在电动汽车、高铁和多/全电飞机等领域取得了广泛应用。然而，永磁电机中的永磁体材料在高温、剧烈振动等工作环境中容易发生退磁现象，不但会降低电机的转矩输出能力，还会造成电流谐波增长、工作效率下降等问题。因此，当退磁故障发生后，应及时采取在线故障处理或更换永磁体材料等措施保障电机正常工作，以满足系统性能要求，而实现该目标的前提是能够准确地诊断出退磁故障。
[0003]退磁故障分为均匀退磁和局部退磁两种。目前，常用的退磁故障诊断方法包括：磁链检测法，反电势检测法，电流检测法，振动检测法和噪音检测法。其中，磁链检测法是最直接的故障诊断方法，通过高斯表、霍尔传感器或磁链观测器检测电机定转子间气隙的磁场变化，若磁场强度或磁链值明显减小，则电机发生退磁故障；通过反电势检测退磁故障的原理为：永磁电机反电势变化与磁链直接相关，通过分析电机反电势幅值及谐波变化可实现故障诊断；电流检测法通过分析定子绕组内的电流谐波特征实现，但是准确提取特定阶次谐波十分困难，故障诊断精度比较低；振动和噪音检测法首先需要复杂的模态分析得到退磁故障对振动或噪音的影响，然后通过安装传感器采集电机工作时的振动和声音信息，并通过振动和噪音变化实现故障诊断。
[0004]对于以上五种故障诊断方法，磁链检测法能同时实现均匀退磁和局部退磁检测，而其它四种方法主要用于局部退磁故障诊断，因此，研究基于磁链检测的永磁电机退磁故障诊断方法具有十分重要的意义。
[0005]相较而言，基于高斯表和霍尔传感器的磁链检测法需要安装额外的传感器，降低结构的紧凑性，同时增加系统成本，而磁链观测器不存在该问题，具有集成性高和成本低的优势，在退磁故障诊断领域具有广泛的应用前景。F.C.Dezza等在文献《An MRAS Observer for Sensorless DFIM Drives With Direct Estimation of the Torque and Flux Rotor Current Components》中介绍了一种基于模型参考自适应系统的磁链观测器，并将磁链观测结果应用于电机无位置控制中，提高了系统的控制性能。然而，常用的磁链观测器是基于模型参考自适应系统搭建的，具有响应速度慢和鲁棒性差的缺点，影响磁链估算准确性，难以在退磁故障诊断应用中进行推广。
[0006]因此，亟需开发高性能永磁电机磁链观测方法，从而进一步实现退磁故障诊断。
技术实现思路
[0007]本专利技术构建出一种新型滑模磁链观测器，并根据磁链估算结果对永磁电机的退磁故障进行在线诊断，为及时发现并处理退磁故障提供依据，保障电机的高性能运行。
[0008]第一方面，本申请实施例提供了一种构建滑模磁链观测器的方法，所述方法包括：
[0009]获取永磁电机的a、b两相电压和电流、位置及转速信息；
[0010]根据位置信息将a、b两相电压和电流转换为d、q轴电压和电流；
[0011]根据d、q轴电流和电压、转速及电气参数，建立永磁电机特性方程，所述电气信息包括电机的d轴电感、q轴电感、电阻、转子磁链和永磁体极对数；
[0012]通过永磁电机特性方程构建滑模磁链观测器。
[0013]在一种实施方式中，所述建永磁电机特性方程为：
[0014][0015]其中，L
d
、L
q
分别代表d轴电感、q轴电感，R
s
为电阻，ψ
f
为转子磁链，p为永磁体极对数，ω
m
为电机转速，u
q
为q轴电压，i
d
和i
q
为d、q轴电流。
[0016]在一种实施方式中，所述通过永磁电机特性方程构建滑模磁链观测器，具体包括：
[0017]将永磁电机特性方程中的q轴电流i
q
用滑模观测的估算电流i
q*
替换，转子磁链ψ
f
用比例因子k与开关函数的乘积替换；
[0018]所述构建的滑模观测器为：
[0019][0020]其中，为滑模观测器估算电流i
q*
和真实电流i
q
的差，即：
[0021][0022]开关函数为如下函数；
[0023][0024]k需要满足以下条件：k>ψ
f_ori
，k取值为10
·
ψ
f_ori
，其中，ψ
f_ori
为永磁体初始磁链值。
[0025]第二方面，本申请实施例提供了一种构建滑模磁链观测器的装置，所述装置包括，
[0026]获取模块，用于获取永磁电机的a、b两相电压和电流、位置及转速信息；
[0027]转化模块，用于根据位置信息将a、b两相电压和电流转换为d、q轴电压和电流；
[0028]构建模块一，用于通过d、q轴电流和电压、转速及电气参数，建立永磁电机特性方程，所述电气信息包括电机的d轴电感、q轴电感、电阻、转子磁链和永磁体极对数；
[0029]构建模块二，用于通过永磁电机特性方程构建滑模磁链观测器。
[0030]第三方面，本申请实施例提供一种基于滑模磁链观测的永磁电机退磁故障诊断方法，所述方法包括：
[0031]通过滑模磁链观测器估算实时磁链值；所述滑模磁链观测器根据上述任一项所述的构建滑模磁链观测器的方法构建获得；
[0032]通过比较估算的实时磁链值与永磁体初始磁链值大小，判断永磁电机是否发生退磁故障。
[0033]在一种实施方式中，所述滑模磁链观测器估算实时磁链值ψ
f*
为：
[0034][0035]其中，k取值为10
·
ψ
f_ori
，为滑模观测器估算电流i
q*
和真实电流i
q
的差。
[0036]在一种实施方式中，判断永磁电机退磁故障依据如下：
[0037]若ψ
f*
≥ψ
f_ori
，则没有发生退磁故障；
[0038]若ψ
f*
<ψ
f_ori
，则发生退磁故障。
[0039]第四方面，本申请实施例提供一种基于滑模磁链观测的永磁电机退磁故障诊断装置，所述装置包括：
[0040]磁链值获取模块，用于通过滑模磁链观测器估算实时磁链值，所述滑模磁链观测器根据上述任一项所述的构建滑模磁链观测器的方法构建获得；
[0041]判断模块，用于通过比较估算的实时磁链值与永磁体初始磁链值大小，判断永磁电机退磁故障情况。
[0042]第五方面，本申请实施例提供一种永磁电机控制系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种构建滑模磁链观测器的方法，其特征在于，所述方法包括：获取永磁电机a、b两相电压和电流、位置及转速信息；根据位置信息将a、b两相电压和电流转换为d、q轴电压和电流；根据d、q轴电流和电压、转速及电气参数，建立永磁电机特性方程，所述电气信息包括电机的d轴电感、q轴电感、电阻、转子磁链和永磁体极对数；通过永磁电机特性方程构建滑模磁链观测器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建永磁电机特性方程为：其中，L
d
、L
q
分别代表d轴电感、q轴电感，R
s
为电阻，ψ
f
为转子磁链，p为永磁体极对数，ω
m
为电机转速，u
q
为q轴电压，i
d
和i
q
为d、q轴电流。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过永磁电机特性方程构建滑模磁链观测器，具体包括：将永磁电机特性方程中的q轴电流i
q
用滑模观测的估算电流i
q*
替换，转子磁链ψ
f
用比例因子k与开关函数的乘积替换；所述构建的滑模观测器为：其中，为滑模观测器估算电流i
q*
和真实电流i
q
的差，即：开关函数为如下函数；k需要满足以下条件：k>ψ
f_ori
，k取值为10
·
ψ
f_ori
，其中，ψ
f_ori
为永磁体初始磁链值。4.一种构建滑模磁链观测器的装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块，用于获取永磁电机a、b两相电压和电流、位置及转速信息；转化模块，用于根据位置信息将a、b两相电压和电流转换为d、q轴电压和电流；构建模块一，用于通过d、q轴电流和...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩耀飞，公超，李嘉晖，马志勋，
申请(专利权)人：河南纽瑞电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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