三相不对称状态下的PMSM故障诊断及控制

发布时间：2020-09-30 14:20

　　永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有高功率因数、高转矩比及高效率等优点,被广泛应用于工业控制和新能源车的电驱动系统。PMSM一旦发生故障,必然会降低系统的可靠性。三相不对称是一种常见的电机故障,该故障在发生初期不易被察觉,容易造成电机转矩脉动,从而降低电驱动系统效率。因此,针对三相不对称故障进行故障诊断以及控制策略的研究具有重要的意义。本文的研究对象是星型连接的表贴式永磁同步电机,主要研究由于定子电阻不对称造成的三相不对称故障,包括故障诊断和电机控制策略。具体研究内容如下:首先,通过大量阅读国内外相关文献,总结和对比了常用的故障诊断方法与电机控制策略。推导了可用于定子电阻不对称分析的永磁同步电机广义动态数学模型,并把模型扩展到两相静止坐标系及旋转坐标系。本文搭建了广义永磁同步电机矢量控制(Field Oriented Control,FOC)仿真系统,并对定子电阻对称、一相不对称和三相不对称分别进行仿真。仿真结果表明,故障状态下的相电流发生了畸变,电机转速和转矩产生了脉动振荡。其次,采用了带遗忘因子的最小二乘法(Forgetting Factor Recursive Least Squares,FFRLS)作为三相不对称故障的诊断手段。根据广义下d、q轴电压方程模型,构建FFRLS标准形式以及最小化函数。经过MATLAB仿真,验证了本文辨识算法的准确性与时效性,实现了三相定子电阻在线辨识。通过对比辨识值与正常值,可以快速准确诊断出故障相。再次,针对定子电阻不对称故障带来的电机脉动振荡,设计了一种基于迭代学习控制(Iterative Learning Control,ILC)的脉动抑制控制策略。本文构造了一种带遗忘因子的PI型闭环迭代学习控制器,与FOC中的速度调节器并联,以电机转速偏差作为输入量,对轴参考电流进行补偿,并根据电机运动方程,对ILC进行收敛性分析。本文对脉动抑制控制策略进行仿真,仿真结果表明,一相不对称的永磁同步电机的转矩脉动系数和转速脉动系数经过抑制后有了明显降低,验证了基于ILC脉动抑制控制策略的有效性。最后,进行电机控制实验平台设计。本文以TI公司的开发套件为基础搭建电机驱动平台,并针对控制核心TMS320F28035进行电机控制算法软件设计。实验方面,以驱动线缆串联大功率滑动变阻器的方式模拟定子电阻不对称故障,设计了一相不对称故障模拟空载实验,通过数据采集卡对不同转速下的三相电流信号进行高速同步采集,并利用MATLAB对数据进行时域和频域分析,为后续的电机故障模拟实验奠定了基础。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM341;TP277
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 PMSM故障诊断技术的研究现状
        1.2.2 PMSM电机控制策略的研究现状
    1.3 论文的内容与结构
第二章广义PMSM数学模型
    2.1 PMSM的类型
    2.2 广义PMSM数学建模
        2.2.1 坐标变换
        2.2.2 广义动态数学模型
    2.3 广义PMSM仿真模型搭建及验证
        2.3.1 空间矢量调制技术
        2.3.2 Simulink仿真模型
        2.3.3 仿真验证及分析
    2.4 本章小结
第三章三相不对称状态下PMSM定子电阻辨识
    3.1 系统辨识理论
        3.1.1 系统辨识方法简介
        3.1.2 最小二乘法
    3.2 基于FFRLS的电阻辨识
    3.3 仿真验证及分析
    3.4 本章小结
第四章基于ILC的转矩脉动抑制控制策略
    4.1 迭代学习控制理论
        4.1.1 迭代学习控制
        4.1.2 迭代学习律分类
    4.2 基于ILC的脉动抑制控制器设计
        4.2.1 构造迭代学习控制律
        4.2.2 确定系统收敛条件
    4.3 仿真验证及分析
    4.4 本章小结
第五章电机控制实验平台设计
    5.1 实验平台搭建
        5.1.1 电机驱动平台搭建
        5.1.2 故障模拟实验设计
    5.2 软件设计
        5.2.1 软件总体设计
        5.2.2 转子位置确定及转速计算
        5.2.3 速度环调节
        5.2.4 电流环调节
        5.2.5 SVPWM程序设计
    5.3 实验与分析
    5.4 本章小结
第六章总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
附录

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