一种基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统及方法，所述系统包括：多源信息检测模块、数字控制模块、故障诊断模块、容错控制模块、数据通信模块、驱动模块和永磁电机。根据多源信息检测模块检测永磁电机实时运行状态以后判断系统故障类型，进而通过数字控制模块发送容错指令到容错控制模块，控制永磁电机切换至相应的容错运行模式。本发明专利技术基于多传感器信息检测及容错算法融合，对永磁电机故障诊断和容错运行进行综合权衡，能够实现永磁电机在多维度复杂工况下的高可靠运行。磁电机在多维度复杂工况下的高可靠运行。磁电机在多维度复杂工况下的高可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统及方法


[0001]本专利技术属于电机故障诊断和容错控制领域，具体涉及一种基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统及方法。

技术介绍

[0002]永磁电机具有高效率、高功率密度、高响应速度、高转矩和低噪音等优点，能够快速响应控制信号并进行精确的运动控制。与传统的感应电机相比，永磁电机无需外部励磁，避免了励磁线圈的损坏和维护成本，具有更长的寿命和更高的可靠性。因此，永磁电机在工业自动化、风力发电、太阳能发电、电动汽车、医疗设备等领域得到了广泛应用。
[0003]然而，永磁电机在使用过程中也会遇到各种故障，如过载、短路和过温等问题，可能导致设备损坏和安全事故的发生，因此需要进行故障诊断和容错控制。故障诊断和容错控制可以通过在线监测电机的工作状态和信号，识别异常情况并及时采取措施。在故障诊断和容错控制方面，永磁电机比传统的感应电机更加复杂，因为它们的结构和控制方式更加多样化。
[0004]当前，永磁电机故障诊断和容错控制的方法主要包括传统的数学建模方法和基于机器学习的方法。数学建模方法需要对电机的物理特性进行建模和仿真分析，以此来诊断故障和实现容错控制。机器学习方法则是通过对电机运行数据的分析和学习，来实现故障诊断和容错控制。机器学习方法的优点在于可以利用大数据和人工智能技术，从而提高电机故障诊断和容错控制的准确度和效率。然而，永磁电机故障诊断和容错控制研究中仍存在一些问题。例如，当前的故障诊断和容错控制方法主要依赖于单个传感器的数据，对于大型永磁电机的故障诊断和容错控制仍存在挑战。此外，当前的机器学习方法在数据量不足时容易出现过拟合和欠拟合等问题，导致诊断和控制的准确度不高。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统及方法，基于多传感器信息检测及容错算法融合，对永磁电机故障诊断和容错运行进行综合权衡，能够实现永磁电机在多维度复杂工况下的高可靠运行。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统，包括：多源信息检测模块、数字控制模块、故障诊断模块、容错控制模块、数据通信模块、驱动模块、永磁电机；
[0008]所述多源信息检测模块的输出端分别与所述数字控制模块、所述故障诊断模块连接；所述数字控制模块的输出端分别与所述容错控制模块、所述数据通信模块连接；所述故障诊断模块的输出端与所述数字控制模块连接；所述容错控制模块的输出端与所述驱动模块连接；所述数据通信模块的输入端与所述数字控制模块连接；所述驱动模块的输出端与所述永磁电机连接；
[0009]所述多源信息检测模块用于获取在所述永磁电机运行过程中所述永磁电机的当
前运行状态信息，并向所述数字控制模块与所述故障诊断模块发送所述当前运行状态信息，再通过所述故障诊断模块对永磁电机系统中当前运行状态的转子位置、相电压、相电流、轴承振动频率、转子温度以及定子磁场进行故障诊断，若判断发生故障，即发送故障指令至所述数字控制模块，所述容错控制模块接收所述数字控制模块的容错控制指令，通过所述驱动模块将所述永磁电机切换至相应的容错运行模式；
[0010]所述数字控制模块用于接收所述永磁电机的当前运行状态信息，所述数字控制模块还用于接收所述故障诊断模块的故障指令与发送相应的容错控制指令至所述容错控制模块；
[0011]所述故障诊断模块用于接收的当前运行状态信息，判断所述永磁电机是否发生故障，若判断发生故障立即将故障指令发送至所述数字控制模块；
[0012]所述容错控制模块用于接收所述数字控制模块的容错控制指令，切换至相应的容错运行模式；
[0013]所述数据通信模块用于将所述数字控制模块存储的当前运行状态信息发送至上位机；
[0014]所述驱动模块用于接收所述容错控制模块的驱动信号驱动所述永磁电机运行。
[0015]优选的，本系统还包括：信号调理模块、显示模块和电平转换模块；
[0016]所述信号调理模块用于对所述多源信息检测模块的传感器检测信号进行隔离放大和模数电压转换；
[0017]所述显示模块用于通过上位机界面显示接收的所述永磁电机的当前运行状态信息；
[0018]所述电平转换模块将外部220V交流供电电源转换为+28V功率直流电源，用于驱动系统负载，通过DC
‑
DC变换器将+28V功率直流转换为+5V直流电和+3.3V直流电为系统其他部分供电。
[0019]优选的，所述多源信息检测模块包括：霍尔传感器电路、电压传感器电路、电流传感器电路、振动传感器电路、温度传感器电路以及磁场检测传感器电路，各部分电路独立运行，分别检测转子位置、相电压、相电流、轴承振动频率、转子温度以及定子磁场；
[0020]根据所述多源信息检测模块检测到所述永磁电机当前的运行状态信息，进而判断系统故障类型，所述数字控制模块发送容错控制指令到所述容错控制模块，控制所述永磁电机切换至相应的容错运行模式；若所述故障诊断模块检测到霍尔传感器故障，则所述容错控制模块切换至霍尔信号重构算法或无位置传感器算法容错运行；若所述故障诊断模块检测到温度过高，则所述容错控制模块切换至降速运行；若所述故障诊断模块检测到相电压与相电流变化紊乱，则所述容错控制模块切换至制动模式，停机检查。
[0021]优选的，所述故障诊断模块包括逻辑门电路、比较器电路、信号调理单元、捕获比较单元、频率提取单元、小波变换单元、快速傅里叶变换单元，用于执行故障诊断算法；
[0022]所述霍尔传感器电路检测到的霍尔信号通过所述逻辑门电路生成位置诊断信号，再通过所述故障诊断模块判断位置诊断信号的特征，若超出预设信号阈值范围，判断所述永磁电机的转子位置检测故障；
[0023]所述振动传感器电路检测到的轴承振动频率，再通过所述频率提取单元分解得到振动基频和倍频，所述小波变换单元对基频和倍频进行连续小波分析，所述故障诊断模块
通过小波变换后的功率谱图判断所述永磁电机轴承是否存在故障；
[0024]所述温度传感器电路通过预埋在空心杯定子中的温度传感器检测定子绕组的温度变化，再通过引出线连接所述故障诊断模块，提供所述永磁电机运行的当前温度信息，供所述故障诊断模块进行磁性故障分析和预测；
[0025]所述磁场检测传感器电路通过安装在所述永磁电机定子槽的磁强计检测定子与转子磁感应强度变化，再通过引出线连接所述故障诊断模块，判断磁场变化是否符合正常运行特征。
[0026]本专利技术还提供了一种基于多源信息融合的永磁电机容错控制方法，基于所述一种基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统实现，包括以下步骤：
[0027]S1：上电后，电平转换模块为其他部分模块电路供电，数字控制模块发送控制指令到驱动模块进行预定位拖动永磁电机启动；
[0028]S2：多源信息检测模块获取在所述永磁电机运行过程中所述永磁电机的当前运行状态信息，并将所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统，其特征在于，包括：多源信息检测模块(1)、数字控制模块(2)、故障诊断模块(3)、容错控制模块(4)、数据通信模块(5)、驱动模块(6)、永磁电机(7)；所述多源信息检测模块(1)的输出端分别与所述数字控制模块(2)、所述故障诊断模块(3)连接；所述数字控制模块(2)的输出端分别与所述容错控制模块(4)、所述数据通信模块(5)连接；所述故障诊断模块(3)的输出端与所述数字控制模块(2)连接；所述容错控制模块(4)的输出端与所述驱动模块(6)连接；所述数据通信模块(5)的输入端与所述数字控制模块(2)连接；所述驱动模块(6)的输出端与所述永磁电机(7)连接；所述多源信息检测模块(1)用于获取在所述永磁电机(7)运行过程中所述永磁电机(7)的当前运行状态信息，并向所述数字控制模块(2)与所述故障诊断模块(3)发送所述当前运行状态信息，再通过所述故障诊断模块(3)对永磁电机系统中当前运行状态的转子位置、相电压、相电流、轴承振动频率、转子温度以及定子磁场进行故障诊断，若判断发生故障，即发送故障指令至所述数字控制模块(2)，所述容错控制模块(4)接收所述数字控制模块(2)的容错控制指令，通过所述驱动模块(6)将所述永磁电机(7)切换至相应的容错运行模式；所述数字控制模块(2)用于接收所述永磁电机(7)的当前运行状态信息，所述数字控制模块(2)还用于接收所述故障诊断模块(3)的故障指令与发送相应的容错控制指令至所述容错控制模块(4)；所述故障诊断模块(3)用于接收的当前运行状态信息，判断所述永磁电机(7)是否发生故障，若判断发生故障立即将故障指令发送至所述数字控制模块(2)；所述容错控制模块(4)用于接收所述数字控制模块(2)的容错控制指令，切换至相应的容错运行模式；所述数据通信模块(5)用于将所述数字控制模块(2)存储的当前运行状态信息发送至上位机；所述驱动模块(6)用于接收所述容错控制模块(4)的驱动信号驱动所述永磁电机(7)运行。2.根据权利要求1所述的基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统，其特征在于，本系统还包括：信号调理模块(8)、显示模块(9)和电平转换模块(10)；所述信号调理模块(8)用于对所述多源信息检测模块(1)的传感器检测信号进行隔离放大和模数电压转换；所述显示模块(9)用于通过上位机界面显示接收的所述永磁电机(7)的当前运行状态信息；所述电平转换模块(10)将外部220V交流供电电源转换为+28V功率直流电源，用于驱动系统负载，通过DC
‑
DC变换器将+28V功率直流转换为+5V直流电和+3.3V直流电为系统其他部分供电。3.根据权利要求1所述的基于多源信息融合的永磁电机容错控制系统，其特征在于，所述多源信息检测模块(1)包括：霍尔传感器电路、电压传感器电路、电流传感器电路、振动传感器电路、温度传感器电路以及磁场检测传感器电路，各部分电路独立运行，分别检测转子位置、相电压、相电流、轴承振动频率、转子温度以及定子磁场；根据所述多源信息检测模块(1)检测到所述永磁电机(7)当前的运行状态信息，进而判
断系统故障类型，所述数字控制模块(2)发送容错控制指令到所述容错控制模块(4)，控制所述永磁电机(7)切换至相应的容错运行模式；若所述故障诊断模块(3)检测到霍尔传感器故障，则所述容错控制模块(4)切换至霍尔信号重构算法或无位置传感器算法容错运行；若所述故障诊断模块(3)检测到温度过高，则所述容错控制模块(4)切换至降速运行；若所述故障诊断模块(3)检测到相电压与相电流变化紊乱，则所述容错控制模块(4)切换至制动模式，停机检查。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海峰，王增辉，韩邦成，李海涛，郑世强，贺赞，郝墨涵，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：