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PMSM驱动系统开路故障诊断及容错控制

高岩  
【摘要】:永磁同步电机(PMSM)驱动系统的故障诊断及容错控制近年来已成为国内外研究的热点之一,但由于开关功率器件长时间运行的不稳定性及本身的脆弱性,逆变器故障经常发生,再加上某些原因导致的定子绕组开路故障,这都严重限制了PMSM在高可靠性驱动领域的应用。为了使PMSM驱动系统在开路故障后仍能实现持续不间断地运行,为此,开展PMSM驱动系统开路故障诊断及容错控制运行的研究具有较重要的理论研究价值和工程应用价值。 本文基于内嵌式PMSM数学模型以及矢量控制,通过研究系统在正常状态和故障状态下的定子电流矢量轨迹的斜率来定位开路故障并实现开路故障诊断,为了克服存在的定子电流谐波和测量噪声使电流矢量轨迹斜率出现的波动,论文对三相定子电流进行自适应基波提取,提高故障诊断精度。 在开路故障诊断的基础上,针对逆变器单相桥臂故障或者电机单相定子绕组故障,采用三相四桥臂逆变器拓扑结构。当故障相确定后,立刻隔离故障相,系统自动切换至电机中性点与逆变器第四桥臂相连并同时触发导通逆变器第四桥臂。为提高容错系统的运行性能,设计电压前馈补偿,将其与电流PI调节器相结合,实现电流环输出稳定的参考电压矢量,抑制转矩脉动。最后,集成开路故障诊断、容错控制与IPMSM矢量控制系统为一体,通过仿真研究系统在健康状态、开路状态机容错状态下的系统性能,实现IPMSM驱动系统的安全可靠运行。


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