原创《无电压传感器逆变器开路故障诊断方法》：本论文为免费优秀的关于电压传感器论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
摘 要：为了提高永磁同步电机（PM ）控制系统的可靠性,提出一种基于二阶滑模电压观测器和混合逻辑动态模型（MLD）的无电压传感器逆变器开路故障诊断方法.首先构建正常工作和故障状态下电压源逆变器的混合逻辑动态模型,并对两种状态下电机电压的残差进行分析.通过提取电压残差中所包含的故障信息,实现了逆变器开路故障的诊断和定位.同时,提出一种二阶滑模电压观测器对电机电压进行实时估计,避免电压传感器所带来的增加系统复杂性和成本的问题,减少系统潜在故障源.最后,通过实验验证了该方法的有效性.
关键词：永磁同步电机；滑模观测器；故障诊断；混合逻辑动态模型
DOI：10.15938/j.emc.2016.04.012
中图分类号：TM 921.5 文献标志码：A 文章编号：1007-449X（2016）04-0084-09
0 引言
由于电压源供电的永磁同步电机系统的优越控制性能,使得其在航空航天、工业自动化和军事设备上得到了广泛应用.然而,永磁同步电机控制系统对于发生在功率变换阶段的各种故障比较敏感,因此,为了降低经济损失并允许控制系统在故障条件下继续运行,故障容错控制策略显得尤为重要.文献提出了适用于功率变换器的故障容错控制策略.通常情况下,当故障发生时,首先需要对故障开关进行实时有效的检测、定位和隔离,并在此前提下实施容错控制技术,因此,开关管故障的检测和定位是进一步实施容错控制策略的基础.
为了进一步提高控制系统可靠性,国内外诸多学者对功率开关管故障诊断方法进行了广泛的研究.文献提出了一种基于定子电流时域响应的检测方法,实现了对电压源逆变器开关管故障进行实时在线检测的目的.文献给出了一种平均电流Park矢量法,并成功应用于逆变器的故障诊断中.基于无监督式类神经网路,文献提出了一种应用于三相感应电机的定子故障在线诊断算法,并进行了实验验证.文献针对H桥多电平拓扑结构,基于人工智能方法设计了一种故障诊断和重构方法,实验结果验证了该方法的有效性.文献提出了两种基于电流矢量分析的故障检测方法,实现了逆变器开关管开路故障的有效检测.这两种电流矢量分析方法分别为电流矢量轨迹分析和电流矢量瞬时频率分析.另外,专家系统、模糊逻辑和智能控制等一些相对成熟的方法也被成功应用到逆变器的故障诊断策略中.
上述方法主要是基于电流的诊断方法,这类方法虽然能够实现故障诊断的目的,但是并不能满足实时检测的要求,不能在关键安全领域中作为故障补救措施的输入信息.因此,为了进一步提高故障诊断的可靠性,一些基于电压的故障诊断策略被提出.其中,文献给出一种基于电压源逆变器分析模型的故障诊断方法,该方法通过对参考电压和测量电压进行对比,从而实现故障诊断.然而,该方法需要在原控制系统基础上增加额外的电压传感器,不但增加了系统成本,同时也提高了检测系统的复杂性.为了避免电压传感器带来的不利影响,文献提出了一种无需电压传感器的开路故障诊断方法,并进行了仿真和实验.该方法虽省去了电压传感器,但需要引入硬件电路来测量逆变器桥臂下管集电极和发射极之间电压.然而,额外硬件电路的引入增加了系统潜在故障源.文献提出一种新的故障检测技术,其和文献一样,所设计的模拟电路同样需要进行电压测量,另外该方法无法适用于所有的功率器件.
因此,为了解决上述问题,本文提出一种基于滑模电压观测器和逆变器MLD模型的新型开路故障诊断方法.首先对运行在正常状态和故障状态下的逆变器MLD模型进行分析,并指出两种状态所产生的电压残差中包含了丰富的故障信息.另外,设计了二阶滑模观测器对电机电压进行实时观测,避免了电压传感器和额外硬件电路所带来的不利影响.最后,设计了故障信息的评价规则,实现了逆变器开关管开路故障的准确诊断和故障开关的精确定位.
1 逆变器混合逻辑动态模型
首先对永磁同步电机的电压模型进行了简要介绍.并给出了考虑开关死区和二极管续流状态的逆变器MLD模型.在该模型基础上,对逆变器的故障状态进行了准确分析,同时给出了逆变器各个运行状态的完整描述.
1.1 永磁同步电机的电压模型
图1为电压源逆变器驱动的永磁同步电机控制系统拓扑结构.根据图1,永磁同步电机相电压方程可以表达为（1）式中：uan,ubn和ucn分别代表三相定子电压；ia,ib和ic为逆变器输出的三相电流；L表示定子电感；R表示定子电阻；ea,eb和ec为电机反电动势.同时,由基尔霍夫电压定律可知：（2）其中：uag,ubg和ucg分别表示三相桥臂中点和g点的电位,即为三相桥臂下管电压,而ung代表中性点n和g点之间的电压.对于星形连接电机,电压ung可表示为（3）
将式（3）带入式（2）可得到由桥臂下管电压所描述的永磁同步电机相电压方程为（4）
1.2 三相电压源逆变器的MLD模型
在传统逆变器开关函数模型中,逆变器输出电压主要由开关信号所描述,该模型虽然能够合理的描述逆变器开关动作,但忽略了绕组电流方向和开关死区的影响,不能对逆变器进行完全描述.因此,为了准确分析逆变器的故障行为,实现逆变器各个运行状态的完全描述,构建了逆变器的MLD模型.
设定逆变器开关管T1-T6的开关信号由变量s1～s6表示,1表示导通,O表示关断；另外,设定绕组电流方向为正时表示电流流入绕组,绕组电流方向为负时表示电流流出绕组.假设绕组电流为连续状态,定义逻辑变量δa、δb、δc分别表示绕组电流ia、ib、ic的流向,如果a相电流流入绕组（ia>0）则表示δa等于1；如果a相电流流出绕组（ia<0）则表示δa=0,其他两相定义与其类似,具体描述如式（5）所示.（5）
电压传感器论文参考资料：
结论：无电压传感器逆变器开路故障诊断方法为大学硕士与本科电压传感器毕业论文开题报告范文和相关优秀学术职称论文参考文献资料下载，关于免费教你怎么写电压传感器工作原理方面论文范文。
