电动汽车用永磁同步电机综合故障诊断试验平台研发

发布时间：2020-07-15 11:30

【摘要】：永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)凭借其效率高、功率密度高和调速范围宽等优点,被广泛应用于电动汽车的驱动系统中。电机的状态监测与故障诊断广泛采用基于数据驱动的方法,但是先验数据缺失,特别是工况条件下的先验数据缺失一直是制约永磁同步电机故障诊断建模的主要障碍。现有的电动汽车驱动电机试验台多是侧重于电机功率测试,能够获取的状态参数不仅类型有限,采样率也较低。因此,开发一个能够同时采集电动汽车驱动电机不同状态下多传感器特征信号的试验台显得十分必要。首先,针对目前电动汽车驱动电机试验台存在的不足,对试验台进行了硬件选型和系统构建。给被测电机提供精确的负载是实现典型工况模拟的前提,因此,通过一台具有直接转矩控制(DTC)功能的ABB变频器驱动交流变频电机的方式作为试验台的负载施加装置;NI cRIO-9030控制器、NI 9220和NI 9234采集模块为实现多传感器特征信号的高速同步采集提供了硬件基础;为了降低试验台的能源消耗,试验台集成了能量回收装置。其次,基于实验室虚拟仪器集成环境(LabVIEW)对试验台进行了程序设计。采用Modbus总线和PID控制算法实现了被测电机的恒转速控制,并提出了被测电机典型工况模拟的实现方法;电机的不同故障类型会在不同特征信号上有着明显的体现,基于该特点,完成了被测电机电流、温度、转速、转矩和振动多路特征信号的高速同步采集,为诊断算法的运行提供了数据基础。最后,基于局部均值分解(LMD)和支持向量数据描述(SVDD)理论,研究了永磁同步电机故障诊断方法。通过仿真与实验相结合的方式完成了永磁同步电机不同故障模式下的先验数据的获取,建立了LMD-SVDD故障诊断模型,并验证了模型的准确性。本试验平台的研发能够为电动汽车驱动电机健康评估与故障诊断模型的建立提供良好数据基础,有效推动电动汽车驱动电机的可靠性、安全性和能耗效率研究的深入;同时所构建的诊断模型能够快速准确诊断不同故障类型,便于电动汽车驱动电机的维修和保养。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP277;U469.72;U472
【图文】：

试验台,电机试验台,诊断试验,综合故障

济南大学硕士学位论文第二章永磁同步电机综合故障诊断试验平台总体设计2.1 试验台整体架构现有的电动汽车驱动电机试验台多是侧重于电机功率测试或电机性能的评估；能够获取的状态参数不仅类型有限，采样率也较低；为了解决上述问题，本文设计开发了一款能够同时采集电动汽车驱动电机不同状态下多传感器特征信号的试验台，试验台的整体架构如图 2.1 所示。

测功机,交流电力

机的组成结构较为简单，一般由以下五个部分组成：机控制部分、测功机机械装置和测功机阻力油缸。围大等优点，但是由于水利测功机在工作过程中会因此，水力测功机的工作效率不高。功机由扭矩速度传感器，涡流制动器和水冷系统组度高，结构简单，维护方便，系列齐全的特点，并且熟，适用于中小型功率电机、内燃机的测试[35-38]。需程中需要配置控制仪器才可以实现测功机的自动控制机的主要组成部分包括：平衡式直流电机、电机控制感器，直流测功机由于具有操作方便、启停平稳等优业。但是直流测功机也有明显的缺陷，比如直流测功运行的场合，由于电刷的影响，测得转矩不准确等。

硬件系统,试验台

济南大学硕士学位论文第三章试验平台硬件系统设计验台硬件系统整体组成验台的硬件系统整体组成如图 3.1 所示。负载电机和被测电机分别由 A机控制器控制，通过一个直流稳压电源模拟了电动汽车的电池；由于负载程中处于发电状态，因此系统增加了能量回收装置;整个试验台所需采集括转矩转速、电流、温度和振动信号，由 NIcRIO-9030 控制器、PLC 和一整个试验台特征信号的采集和电机的控制。

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