霍尔传感器故障下的永磁同步电机容错控制

在含有三相霍尔位置传感器的永磁同步电机(PMSM)控制系统中,针对PMSM中霍尔位置传感器的故障,导致转子位置估算不准确、电机无法正常驱动的问题,提出了一种PMSM多故障诊断与容错控制的算法。根据霍尔位置传感器输出位置信号,判断传感器故障类型。在传统平均速度算法估算转子位置的基础上,建立电流滑模观测器,通过锁相环提取转子位置。针对不同霍尔传感器故障状态,将平均速度算法与滑模观测结果加权输出。最后,通过实验验证了各相霍尔位置传感器故障下电机系统容错控制策略。实验结果表明,该策略能在各种霍尔故障情况下完成转子角度的估算,实现PMSM驱动系统中容错控制。     

BLDCM霍尔传感器故障诊断与容错控制

为了提高无刷直流电机（BLDCM）运行的可靠性,提出一种基于最小二乘法的霍尔传感器故障诊断及容错控制方法。利用最小二乘法拟合曲线作为一阶泰勒算法的评价模型,对电机的转子位置进行精确估算,从而实现对有故障霍尔传感器的诊断。采用正常霍尔位置传感器跳变沿对霍尔传感器故障下丢失的跳变沿时间进行重构,重新获得最小二乘法拟合曲线。该方法能实现霍尔传感器故障下的容错控制,从而有效抑制机械安装偏差对霍尔传感器故障下位置估算错误的产生。试验结果表明,提出的故障诊断方法能快速准确地识别故障霍尔传感器,且提出的容错控制方法能够有效改善故障时的系统性能。     

基于反电动势法的双绕组永磁容错电机转子位置估计算法研究

针对双绕组永磁容错电机,在反电动势法基础上,提出一种改进的适用于容错电机的转子位置估计算法。利用每相绕组产生的磁链增量及单位反电动势来估算双绕组永磁容错电机转子的位置,通过锁相环技术进行误差补偿,对该方法中使用到的电机参数进行在线辨识,把辨识结果更新到转子位置估计算法中。通过该方法可以在双绕组永磁容错电机正常工作、单相故障或者多相故障容错的情况下,实现对转子位置以及转速的估计。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证转子位置估算方法的准确性和鲁棒性。     

永磁容错电机转子位置估计算法研究

永磁容错电机由于能够提高电力驱动系统的可靠性,因此被广泛用于对安全性要求较高的场合。文章针对永磁容错电机,提出了一种基于检测相绕组的磁链增量,通过利用电机相邻相估算出的转子位置取平均值,得出永磁容错电机转子位置的估计算法,通过这种算法可以较准确的估算出转子位置。最后,利用计算机仿真验证电机在正常、开路故障、低速以及电机参数变化情况下,这种位置估计算法的正确性。     

无刷直流电机转子位置冗余检测方法研究

转子位置检测是影响无刷直流电机可靠性的关键因素之一。根据无刷电机转子位置传感器的冗余配置准则,提出一种基于霍尔元件和旋转变压器的非相似余度检测方案。详细分析了这两类传感器的输出与无刷电机的最佳换相逻辑关系,通过对传感器工作特点的讨论分别给出各传感器的故障判别准则,并基于传感器输出信息设计了"角度互检控+电平比对"的两级容错管理策略,最后通过可靠性建模与预测得到系统的可靠度达0.996 9,比由两组霍尔元件构成的相似余度可靠度高31.47%。实验结果证明了余度方案及其容错策略的有效性。     

无刷直流电机转子位置传感器故障诊断及容错策略

针对无刷直流电机转子位置检测所使用的霍尔传感器容易出现损坏的现象,提出了霍尔传感器中出现一路或两路故障的诊断方法,该方法实时监测转子位置信号运行状态,根据无刷电机两两导通原理,考虑电机瞬时转速不变性,利用正常的霍尔传感器位置信号通过延时均分来估算故障传感器位置信号,并用于实际的电机转子换相,从而实现无刷直流电机的容错控制,实验结果表明采用本文提出的控制策略可以明显提高无刷直流电机驱动系统的可靠性,其系统性能可以与霍尔传感器无故障时相媲美。     

容错逆变器PMSM无位置传感器控制系统

为了提高系统的可靠性,针对系统中的功率管和位置传感器等脆弱环节,提出一种容错逆变器-永磁同步电动机无位置控制系统结构.系统中的逆变器采用容错拓扑结构,由四开关实现逆变器器件开路故障后的容错运行;自适应滑模观测器用于估算电机转子位置和转速,实现永磁同步电动机的无位置传感器控制.为减少四开关逆变器的输出谐波,对其SVPWM控制策略进行研究分析.对故障前后运行状况进行对比,仿真和实验结果证明所提出系统能够实现功率管开路故障后的可靠运行.     

内置式永磁同步电机无位置传感器控制

基于滑模变结构理论和包含扩展反电势的永磁同步电机(PMSM)数学模型,构造了估算转子位置角度的滑模观测器,并在此基础上提出了一种内置式永磁同步电机(IPMSM)矢最控制系统的无位置传感器控制方法.引入随转速变化的幅频增益km,以增大滑模观测器无位置传感器控制系统的调速范围;采用以估算转子位置角正弦矢量为状态矢量的模型参考自适应观测器估算转子角速度,避免因角度微分而引起的噪声误差,实现对转子角速度的快速精确估算.仿真分析和试验结果验证了该方法的有效性和可行性,具有实用价值.     

基于高频旋转电压注入法的IPMSM转子位置估算策略

采用高频旋转电压注入法估算内嵌式永磁同步电机转子位置,提出了通过改进伦伯格观测器对转子位置进行估算的方法。分析了高频旋转电压注入法的基本原理,建立了内嵌式永磁同步电机的数学模型。设计了巴特沃斯滤波器及伦伯格观测器,并以英飞凌XMC4500单片机为核心实现了IPMSM转子位置的估算,通过实验验证了所提出方法的正确性。     

基于高频注入的永磁同步电机零低速下位置传感器失效故障容错控制

为提高电动汽车等领域永磁驱动电机系统的可靠性,该文对电动汽车领域永磁同步电机位置传感器失效故障下容错控制技术进行研究。针对传统基于旋转高频注入的位置传感器失效故障容错控制策略在信号解调过程中由于多重滤波器的引入所带来滞后效应叠加、参数整定困难和动态性能受限等固有难题,提出利用二阶广义积分器来代替传统信号解调过程中所运用的带通滤波器和高通滤波器,并根据估计的转速信息来自适应地改变二阶广义积分器的中心频率,有效提高了转子位置的辨识精度和位置失效故障容错系统的动态性能,为电动汽车永磁驱动电机系统领域位置传感器失效下提供了一种行之有效的容错控制方法。通过理论分析与实验结果,验证所提容错方法的正确性和有效性。     

基于非线性观测器的PMSM转子位置估计

本文提出了一种基于非线性观测器的永磁同步电动机(PMSM)的转子位置估计方案。非线性观测器构造两个新的状态变量,利用这两个状态变量中所包含的位置信息,将电动机转子的位置估算出来。为验证此方案的稳定性和可行性,以TI公司的数字信号处理器TMS320F2812为核心搭建硬件平台,对整个控制系统进行了实验验证。实验结果表明,所采用的非线性观测器对转子位置的估算非常有效,同时整个控制系统在比较宽的调速范围内能稳定运行。     

基于低分辨率传感器的高性能道闸控制算法研究

针对采用低分辨率位置传感器道闸方波控制算法运行过程中出现的抖振、砸杆与回落现象,提出了一种基于三闭环矢量控制的高性能道闸控制算法。采用基于转子数学模型(SERF)的速度估测器获取转子速度信息,从而得到转子位置信息;对道闸系统精确建模计算确定最优的三环PID控制参数,从而实现道闸伺服系统三闭环矢量控制算法。实验结果表明,控制算法能够有效地解决道闸运行过程中的砸杆、抖振等问题,提高了道闸系统的控制性能。     

基于重复脉冲法的变速抽蓄机组转子绕组短路故障诊断方法

变速抽蓄机组的转子侧采用特殊的三相交流绕组结构,导致其转子绕组短路故障诊断困难。为此,提出了一种基于重复脉冲法(repetitive surge oscillograph, RSO)的离线故障诊断方法。首先设计了重复脉冲法在变速抽蓄机组中的应用方案,通过在转子三相同时注入低压脉冲并检测响应曲线来判断机组故障情况。基于不同短路故障的响应特性分析,提出了转子绕组短路故障类型和故障相别的识别方法。然后,结合变分模态分解与Teager能量算子(variational mode decomposition-teager energy operator, VMD-TEO)估计注入脉冲和特征曲线的起始突变位置,并通过时间差值和实测波速确定故障位置。最后,利用指数还原故障因子衡量匝间短路故障的严重程度,以解决克服行波衰减引起的特征波形幅值重叠问题。仿真结果表明,所提方案能准确诊断变速抽蓄机组的各种转子绕组短路故障。     

面装式永磁同步电机驱动系统无位置传感器控制

为了实现面装式永磁同步电机(SMPMSM)驱动系统的无位置传感器运行或位置传感器故障下的系统自适应容错运行,首先介绍基于微分代数的SMPMSM驱动系统转子位置和转速的获取方法,其次研究逆变器死区效应对转子位置估计精度的影响,给出基于纹波电流计算的逆变器死区补偿方案,提出基于微分代数且集成逆变器死区补偿的SMPMSM驱动系统无位置传感器控制方案,进而架构无位置传感器控制的SMPMSM驱动系统。通过系统建模、仿真和实验测试验证了所提出的SMPMSM驱动系统无位置传感器控制方案的合理性和有效性。     

Model-based detection of rotor faults without rotor position sensor-the sensorless Vienna monitoring method

This paper deals with an extended approach of the Vienna Monitoring Method (VMM), which is a model-based technique to detect rotor asymmetries in the squirrel cage of an induction machine. The conventional VMM requires the measured voltages, currents, and the signal of a rotor position sensor. The novel scheme presented in this paper alternatively works without a rotor position sensor. In particular, for low-inertia drives, accurate estimation of rotor position is required. The rotor-fault-related double-slip-frequency torque modulation causes a speed ripple with the same frequency. Consequently, low-inertia drives are exposed to higher speed ripples. In this case, it is not sufficient to estimate the mean value of the actual speed, only. Even the speed ripple has to be acquired to benefit from the accuracy of the employed models of the VMM. The proposed technique evaluates the signatures of an inherent rotor fault in order to determine the rotor position signal. The speed ripple can be obtained from the torque modulations that the models already compute. This way, an accurate rotor fault detection technique without rotor position sensor can be realized.     

直驱风电机组机侧变流器控制系统动态重构控制策略

在风电机组控制系统中,已成熟的控制策略都是建立在传感器输出可靠信号的基础上。一旦传感器故障,将影响机组的安全性和利用率,甚至影响并网质量。为了提高直驱风电机组故障容错能力,提出了机侧变流器控制系统的动态重构控制策略,根据转子位置传感器状态判别,在控制系统中对有位置传感器控制模式和无位置传感器控制模式进行动态无扰重构,并基于拉格朗日插值算法,实现重构过程连续性和一致性。仿真结果表明:无位置传感器控制模式的稳态性能不如有位置传感器模式,但可以作为后备模式在传感器故障期间保守运行,所提出的重构过程控制方法可满足连续性和一致性要求。     

基于电力电子系统集成概念的传感器模块技术

在电力电子系统集成的基础上，提出了一种能够实现电机端电压和电流、转子位置和速度、磁通和转矩检测的概念性集成传感器模块，讨论了利用凸极跟踪方法实现转子位置自检测的原理。实验表明，这种传感器集成方式能在永磁同步电机全速范围（包括零速和极低转速）准确地观测出转子的位置和速度，实现了位置，速度传感器与电机本体的集成。以此为基础设计出的概念性的集成传感器模块可配合集成化的电力变换模块，方便、简洁和可拓展地构成高性能的电力电子转动应用系统。     

Fault detection and fault-tolerant control of interior permanent-magnet motor drive system for electric vehicle

This work presents a control strategy that provides fault tolerance to the major sensor faults which may occur in an interior-permanent-magnet-motor (IPMM)-based electric vehicle propulsion drive system. Failures of a position sensor, a dc-link voltage sensor, and current sensors are all included in the study assuming no multiple faults. For each possible sensor fault, a corresponding method of detection or diagnosis is provided. Additionally, once the fault is detected, the control scheme is automatically reconfigured to provide post-fault operational capability. A state observer is used to provide missing current information in the case of current sensor faults. Experimental results demonstrate the effectiveness of both the fault detection algorithm and the reconfigurable control scheme. The resulting IPMM drive system proves to be resilient to sensor failures while providing smooth transition to the post-fault operational mode.     

Pulse-vector control with indirect determination of rotor angular position

A system of pulse-vector control with an indirect determination of the angular position of the rotor based on a groundbreaking two-step method for computing the position is considered. The system can be used in electric drives with one-or two-shift work schedules to save energy and resources. A two-phase algorithm for computing the position based on comparison of the voltages at the motor windings is proposed and described. Differential equations and functional dependences of the state variables on the rotational angle of the rotor are presented.