一种五相永磁同步电机的容错控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了五相永磁同步电机的容错控制方法，通过应力加速退化试验获取电机绕组绝缘材料的加速退化数据，建立服从Gamma退化过程的加速退化模型，获取电机剩余寿命模型和容错控制的可靠性目标函数；对退化过程的形状参数和尺度参数先验处理，及对剩余寿命模型后验处理，获取优化后的可靠性目标函数；构建电机绕组的一阶热网络模型得到绕组温度，基于电机单相开路故障前后磁动势保持一致的电流等式约束、绕组温度的不等式约束及优化后的可靠性目标函数，构建电机容错控制优化模型；利用外点法求解电机容错控制优化模型，得到电机的正常相电流表达式和最大电机绕组允许温度。本发明专利技术延长了五相永磁同步电机在容错运行工况下的寿命。的寿命。的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种五相永磁同步电机的容错控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机的容错控制
，尤其涉及一种五相永磁同步电机的容错控制方法及系统。

技术介绍

[0002]五相永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一个强耦合、多变量和非线性的复杂对象，要获得更好的性能，就要采用一定的控制算法。在现代工业中，因为电机是动力输出和能量传递的重要环节，其广泛地参与到人民的经济生活中，所以凡是涉及到有关电机的产业都是举足轻重的。电机一旦由于零部件受损等原因发生故障，尽管是微小的偏差都会对生产造成影响，产生不可逆的损失和严重后果。因此在电机绕组故障或逆变电路中的大功率开关器件失效导致电机的某相退出正常运行时，可以在不更换硬件电路设备的情况下，依据电机故障的特点采用不同的容错控制方法就格外重要。合理的容错控制方法能够调节正常相电流，使它们能够产生与电机故障前一样的圆形旋转磁动势，达到电机在故障状况下维持稳定运行的目的。
[0003]在五相永磁同步电机单相开路故障后，现有的容错控制策略导致正常相电流幅值增大，增大的电流产生的热效应可能会导致电机内过高的温升，若温度超过热负荷极限使电机绝缘材料失效，将会影响电机的稳定运行和寿命。即在没有考虑电机绕组材料绝缘耐受情况的容错控制方法下，过高的电流将会使绕组绝缘寿命缩短。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提供一种五相永磁同步电机的容错控制方法及系统，限制了电机绕组的温升，延长了五相永磁同步电机在容错运行工况下的寿命。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种五相永磁同步电机的容错控制方法，所述方法包括步骤：S1、选取电机绕组绝缘材料作为试验样本，在不同温度应力水平下进行恒定温度应力加速退化试验，获得关于所述电机绕组绝缘材料的加速退化数据，所述加速退化数据包括电机绕组绝缘材料的局部放电量及局部放电量的退化增量；S2、建立服从Gamma退化过程的局部放电量退化增量的加速退化模型，根据加速退化模型构建得到电机的剩余寿命模型，并基于所述电机剩余寿命模型确定电机容错控制的可靠性目标函数；S3、根据阿伦尼乌斯方程的性质定义Gamma退化过程的形状参数和尺度参数，利用加速退化数据对所述形状参数和尺度参数进行先验分布处理；S4、利用电机的现场退化数据和先验分布处理的形状参数和尺度参数，根据贝叶斯方法对所述剩余寿命模型进行后验分布处理，获取优化后的剩余寿命模型，根据所述优化后的剩余寿命模型确定优化后的电机容错控制的可靠性目标函数；S5、构建电机绕组的一阶热网络模型，计算得到各个时刻的电机绕组温度，并获取
电机绕组温度的不等式约束，并基于电机单相开路故障前后磁动势保持一致的电流等式约束、电机绕组温度的不等式约束以及优化后的电机容错控制的可靠性目标函数，构建电机容错控制优化模型；S6、利用外点法求解所述电机容错控制优化模型，得到电机的正常相电流表达式以及最大电机绕组允许温度，以对所述电机执行容错控制。
[0006]进一步的，所述步骤S2包括：设表示第k个温度应力水平下，第i个试验样本的第j次加速退化试验获得的局部放电量，表示第k个温度应力水平下，第i个试验样本的第j次加速退化试验的局部放电量退化增量，为时间增量，其中 ，，，n为试验样本的个数，m为每个试验样本的测试次数，z为温度应力的个数；设局部放电量的随机过程为Gamma过程，局部放电量退化增量服从形状参数和尺度参数的Gamma分布，即：；其中，>0，且在共轭先验分布下只考虑尺度参数的随机性设在形状参数不变的情况下服从分布，其中，和为超参数。
[0007]进一步的，所述步骤S2包括：根据阿伦尼乌斯方程描述产品剩余寿命与加速应力的线性化关系模型，以及产品剩余寿命特征的对数与温度T的倒数呈线性关系，定义形状参数为，和是待求参数；根据Gamma过程的性质，局部放电量退化增量的概率密度函数为：；式中，Gamma函数，是示性函数；；设电机绕组绝缘材料的局部放电量退化至电机绝缘材料时，电机绝缘材料失效，电机绝缘材料失效所发生的时间作为电机绝缘材料的寿命时间S，S的累积分布函数为：；其中，，为不完全Gamma函数，表示为：
；当局部放电量时，设，电机绕组绝缘材料的剩余寿命的累积分布函数为：；基于电机绕组绝缘材料的剩余寿命的累积分布函数确定电机容错控制的可靠性目标函数为：。
[0008]进一步的，所述步骤S3包括：根据局部放电量退化增量的概率密度函数，得到基于Gamma过程的局部放电量退化增量的似然函数：；对似然函数取对数可得：；求解对数似然函数，列出方程组：；其中，是Gamma函数的对数的导数；；求解方程组得到极大似然估计值；由加速退化数据得到每组加速退化数据的极大似然估计值，对每一组极大似然估计值进行先验数据处理；设，，为第k个加速应力下第i个加速退化数据的极大似然估计值，，，分别为，，在正常应力下的折算值，其中，n为试验样本的个
数；由确定局部放电量退化增量的尺度参数的先验分布函数，尺度参数，尺度参数的超参数估计值和通过如下似然函数解出：；由和得到待求参数和的先验期望值和。
[0009]进一步的，所述步骤S4包括：设为电机绕组在额定应力下的现场局部放电量数据，表示N个退化增量，是似然函数，是尺度参数的先验分布函数，为尺度参数的后验分布函数，待定参数和为常量，根据Bayes公式，尺度参数的后验分布函数为：；尺度参数的后验分布，尺度参数的后验期望值为：；利用更新的现场局部放电量数据，更新，基于更新的及和，得到更新后的尺度参数、待求参数和，以得到优化后的剩余寿命模型；根据优化后的剩余寿命模型确定优化后的电机容错控制的可靠性目标函数。
[0010]进一步的，所述步骤S5包括：根据电机绕组的一阶热网络模型求得t
k+1
时刻的绕组温度为：；其中，为t
k
时刻的绕组温度，是热容，是热阻，是与定子绕组接触的空气温度，为在温度下的电机绕组电阻，为电机绝缘材料温度系数，i
b
、i
c
、i
d
、i
e
为
b、c、d、e相电流；在t
k+1
时刻的绕组温度不能超过电机绕组的最大允许温度T
wmax
，优化后的电机容错控制的可靠性目标函数有如下约束：。
[0011]进一步的，所述步骤S5包括：基于单相开路故障前后合成时空磁动势不变的条件，确定电流约束条件为：；其中，N表示绕组有效匝数，I表示电流幅值，表示合成时空磁动势的旋转角速度；假设a相开路故障，根据电机正常运行时的定子相电流与a相绕组开路后的定子正常相电流的相角之间关系，得到电流等式约束为：。
[0012]进一步的，所述步骤S5包括：基于电机单相开路故障前后磁动势保持一致的电流等式约束、电机绕组温度的不等式约束以及优化后的电机容错控制的可靠性目标函数，电机容错控制优化模型为：max；。
[0013]进一步的，所述步骤S6包括：记本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五相永磁同步电机的容错控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、选取电机绕组绝缘材料作为试验样本，在不同温度应力水平下进行恒定温度应力加速退化试验，获得关于所述电机绕组绝缘材料的加速退化数据，所述加速退化数据包括电机绕组绝缘材料的局部放电量及局部放电量的退化增量；S2、建立服从Gamma退化过程的局部放电量退化增量的加速退化模型，根据加速退化模型构建得到电机的剩余寿命模型，并基于所述电机剩余寿命模型确定电机容错控制的可靠性目标函数；S3、根据阿伦尼乌斯方程的性质定义Gamma退化过程的形状参数和尺度参数，利用加速退化数据对所述形状参数和尺度参数进行先验分布处理；S4、利用电机的现场退化数据和先验分布处理的形状参数和尺度参数，根据贝叶斯方法对所述剩余寿命模型进行后验分布处理，获取优化后的剩余寿命模型，根据所述优化后的剩余寿命模型确定优化后的电机容错控制的可靠性目标函数；S5、构建电机绕组的一阶热网络模型，计算得到各个时刻的电机绕组温度，并获取电机绕组温度的不等式约束，并基于电机单相开路故障前后磁动势保持一致的电流等式约束、电机绕组温度的不等式约束以及优化后的电机容错控制的可靠性目标函数，构建电机容错控制优化模型；S6、利用外点法求解所述电机容错控制优化模型，得到电机的正常相电流表达式以及最大电机绕组允许温度，以对所述电机执行容错控制。2.如权利要求1所述的五相永磁同步电机的容错控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：设表示第k个温度应力水平下，第i个试验样本的第j次加速退化试验获得的局部放电量，表示第k个温度应力水平下，第i个试验样本的第j次加速退化试验的局部放电量退化增量，为时间增量，其中 ，，，n为试验样本的个数，m为每个试验样本的测试次数，z为温度应力的个数；设局部放电量的随机过程为Gamma过程，局部放电量退化增量服从形状参数和尺度参数的Gamma分布，即：；其中，>0，且在共轭先验分布下只考虑尺度参数的随机性；设在形状参数 不变的情况下服从分布，其中，和为超参数。3.如权利要求2所述的五相永磁同步电机的容错控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：根据阿伦尼乌斯方程描述产品剩余寿命与加速应力的线性化关系模型，以及产品剩余寿命特征的对数与温T的倒数呈线性关系，定义形状参数为，和是待求参数；
根据Gamma过程的性质，局部放电量退化增量的概率密度函数为：；式中，Gamma函数，是示性函数；；设电机绕组绝缘材料的局部放电量退化至电机绝缘材料时，电机绝缘材料失效，电机绝缘材料失效所发生的时间作为电机绝缘材料的寿命时间S，S的累积分布函数为：；其中，，为不完全Gamma函数，表示为：；当局部放电量时，设，电机绕组绝缘材料的剩余寿命的累积分布函数为：；基于电机绕组绝缘材料的剩余寿命的累积分布函数确定电机容错控制的可靠性目标函数为：。4.如权利要求3所述的五相永磁同步电机的容错控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：根据局部放电量退化增量的概率密度函数，得到基于Gamma过程的局部放电量退化增量的似然函数：；对似然函数取对数可得：；求解对数似然函数，列出方程组：
；其中，是Gamma函数的对数的导数；；求解方程组得到极大似然估计值；由加速退化数据得到每组加速退化数据的极大似然估计值，对每一组极大似然估计值进行先验数据处理；设 ，，为第k个加速应力下第i个加速退化数据的极大似然估计值，， ， 分别为 ，， 在正常应力下的折算值，其中，n为试验样本的个数；由确定局部放电量退化增量的尺度参数的先验分布函数 ，尺度参数，尺度参数的超参数估计值和通过如下似然函数解出：；由 和 得到待求参数和的先验期望值和。5.如权利要求4所述的五相永磁同步电机的容错控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括：设为电机绕组在额定应力下的现场局部放电量数据，表示N个退化增量，是似然函数，是尺度参数的先验分布函数，为尺度参数的后验分布函数，待定参数和为常量，根据Bayes公式，尺度参数的后验分布函数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，林颖，黄晓艳，方攸同，王佳金，张钦，杨家强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：