基于功能安全的驱动电机控制系统故障管理研究
发布时间：2021-07-24 11:25
驱动电机在纯电动汽车中是动力的来源,其控制系统主要负责控制电机按需求正转和反转。与传统工业电机不同的是,电动汽车驱动电机总是需要面对各种复杂的工况,故障发生的几率也更为频繁,同时驱动电机控制系统的故障,往往会带来非驾驶员预期的扭矩,进而影响到驾驶员、乘客以及行人的生命安全。因此,本文针对驱动电机控制系统中与功能安全相关的故障,开发了一个故障管理系统来对其进行统一化的管理。首先,根据道路功能安全标准ISO 26262的概念阶段,采用危害分析与风险评估（HARA）的分析方法,确立了驱动电机控制系统的相关项、危害事件以及所对应的安全目标。利用故障树分析的方法（FTA）的分析方法,以违反安全目标作为故障树的顶层项,找出了引起违反安全目标的故障,进而形成功能安全需求。然后,进一步分析故障的产生机理,并利用MATLAB/Simulink环境对系统建模,同时把FTA分析出的故障建模与仿真,验证功能安全需求进一步确立与功能安全有关的故障。接着,建立一个由诊断通讯、故障诊断和故障保护三部分组成的故障管理系统。诊断通讯方面,利用诊断标准ISO 14229和ISO 15765-2对诊断通讯的应用层、会话层、...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各坐标系之间的关系
重庆理工大学硕士学位论文22与定义的响应时间有关[6-7]。3.1.4建立仿真模型根据上述数学模型，利用Matlab/Simulink环境搭建驱动电机矢量控制的仿真模型，如图3-7所示，设置其仿真参数如表3-2所示。其目的是为了更好的展示故障发生时的扭矩与电流的波形，同时为搭建故障诊断模型作为仿真基矗图3-7驱动电机矢量控制的仿真模型表3-2仿真参数参数参数值定子电阻0.96Ω定子电感Ld=0.0053H、Lq=0.0120H永磁体磁链0.1827Wb极对数4负载扭矩10N*m参考转速2000r/min直流电压300V
3驱动电机控制系统功能安全相关故障分析233.2故障建模仿真与安全性影响分析3.2.1位置传感器故障位置传感器采集转子磁场相对于定子绕组的位置信息，用于dq-abc坐标转换以及电机转速的计算。位置传感器的故障往往有传感器断线、信号卡死、位置信息偏移这几种情况，以下基于矢量控制模型的基础上对位置传感器故障进行仿真分析：（1）位置传感器断线故障：在0.3秒时刻将位置信号置为0，观察其对电磁扭矩的影响，如图3-8所示扭矩信号在位置传感器断线之后呈现出剧烈振荡，甚至产生负扭矩。图3-8位置传感器断线故障影响分析（2）位置传感器卡死故障：将位置信号在0.3秒时保持其数值继续输出，实现位置传感器卡死状态的注入。由图3-9可知，在发生其故障后对扭矩的影响同样非常大。图3-9位置传感器卡死故障影响分析（3）位置传感器偏移故障：如图3-10所示在0.3秒时刻，将位置信号增加一个固定的常数偏移量，扭矩随之剧烈抖动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑效率提高的永磁同步电机容错运行控制[J]. 哈斯花. 电气传动. 2018(07)
[2]双永磁电机系统转速同步控制[J]. 夏长亮,李莉,谷鑫,史婷娜. 电工技术学报. 2017(23)
[3]功能安全对于汽车供应链的挑战[J]. Lisa Clark,Scott Milne. 电子产品世界. 2016(10)
[4]基于ISO26262的车用电池包高压继电器控制方法设计[J]. 印凯,朱建新,张筱瑜. 传动技术. 2016(03)
[5]基于参数模型永磁同步电机定子绕组匝间短路故障研究[J]. 刘毅,郑志国. 电机与控制应用. 2015(10)
[6]Bosch Sensortec:MEMS传感器创新先锋[J]. 国内外机电一体化技术. 2015(04)
[7]基于UDS的汽车通信故障诊断机制与处理策略[J]. 刘彤,赵益宏,蔡伟杰,陈文强,韦兴民,赵福全. 汽车电器. 2013(02)
[8]飞思卡尔推出面向功能安全的SafeAssure计划[J]. 半导体技术. 2012(02)
[9]汽车电子电气系统的功能安全标准ISO26262[J]. 刘佳熙,郭辉,李君. 上海汽车. 2011(10)
[10]基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机无传感器控制[J]. 黄雷,赵光宙,年珩. 中国电机工程学报. 2007(09)
硕士论文
[1]基于UDS的无级变速器故障诊断系统开发与实现[D]. 赵海英.湖南大学 2018
[2]三相电机驱动系统逆变器故障检测及容错技术研究[D]. 刘晓龙.电子科技大学 2014
[3]异步电机定子绕组匝间短路故障建模与检测方法研究[D]. 刘卉圻.西南交通大学 2014
[4]汽车车身网络节点的故障诊断系统设计[D]. 张烜.湖南大学 2013
[5]一种永磁同步电机容错控制方法的研究[D]. 杨克立.郑州大学 2009
本文编号：3300562
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各坐标系之间的关系
重庆理工大学硕士学位论文22与定义的响应时间有关[6-7]。3.1.4建立仿真模型根据上述数学模型，利用Matlab/Simulink环境搭建驱动电机矢量控制的仿真模型，如图3-7所示，设置其仿真参数如表3-2所示。其目的是为了更好的展示故障发生时的扭矩与电流的波形，同时为搭建故障诊断模型作为仿真基矗图3-7驱动电机矢量控制的仿真模型表3-2仿真参数参数参数值定子电阻0.96Ω定子电感Ld=0.0053H、Lq=0.0120H永磁体磁链0.1827Wb极对数4负载扭矩10N*m参考转速2000r/min直流电压300V
3驱动电机控制系统功能安全相关故障分析233.2故障建模仿真与安全性影响分析3.2.1位置传感器故障位置传感器采集转子磁场相对于定子绕组的位置信息，用于dq-abc坐标转换以及电机转速的计算。位置传感器的故障往往有传感器断线、信号卡死、位置信息偏移这几种情况，以下基于矢量控制模型的基础上对位置传感器故障进行仿真分析：（1）位置传感器断线故障：在0.3秒时刻将位置信号置为0，观察其对电磁扭矩的影响，如图3-8所示扭矩信号在位置传感器断线之后呈现出剧烈振荡，甚至产生负扭矩。图3-8位置传感器断线故障影响分析（2）位置传感器卡死故障：将位置信号在0.3秒时保持其数值继续输出，实现位置传感器卡死状态的注入。由图3-9可知，在发生其故障后对扭矩的影响同样非常大。图3-9位置传感器卡死故障影响分析（3）位置传感器偏移故障：如图3-10所示在0.3秒时刻，将位置信号增加一个固定的常数偏移量，扭矩随之剧烈抖动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑效率提高的永磁同步电机容错运行控制[J]. 哈斯花. 电气传动. 2018(07)
[2]双永磁电机系统转速同步控制[J]. 夏长亮,李莉,谷鑫,史婷娜. 电工技术学报. 2017(23)
[3]功能安全对于汽车供应链的挑战[J]. Lisa Clark,Scott Milne. 电子产品世界. 2016(10)
[4]基于ISO26262的车用电池包高压继电器控制方法设计[J]. 印凯,朱建新,张筱瑜. 传动技术. 2016(03)
[5]基于参数模型永磁同步电机定子绕组匝间短路故障研究[J]. 刘毅,郑志国. 电机与控制应用. 2015(10)
[6]Bosch Sensortec:MEMS传感器创新先锋[J]. 国内外机电一体化技术. 2015(04)
[7]基于UDS的汽车通信故障诊断机制与处理策略[J]. 刘彤,赵益宏,蔡伟杰,陈文强,韦兴民,赵福全. 汽车电器. 2013(02)
[8]飞思卡尔推出面向功能安全的SafeAssure计划[J]. 半导体技术. 2012(02)
[9]汽车电子电气系统的功能安全标准ISO26262[J]. 刘佳熙,郭辉,李君. 上海汽车. 2011(10)
[10]基于扩展反电势估算的内插式永磁同步电动机无传感器控制[J]. 黄雷,赵光宙,年珩. 中国电机工程学报. 2007(09)
硕士论文
[1]基于UDS的无级变速器故障诊断系统开发与实现[D]. 赵海英.湖南大学 2018
[2]三相电机驱动系统逆变器故障检测及容错技术研究[D]. 刘晓龙.电子科技大学 2014
[3]异步电机定子绕组匝间短路故障建模与检测方法研究[D]. 刘卉圻.西南交通大学 2014
[4]汽车车身网络节点的故障诊断系统设计[D]. 张烜.湖南大学 2013
[5]一种永磁同步电机容错控制方法的研究[D]. 杨克立.郑州大学 2009
本文编号：3300562
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