本發(fā)明涉及車用電驅(qū)動系統(tǒng)故障診斷，尤其是涉及一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)簡單、效率高、易于控制等優(yōu)點在車用電驅(qū)動系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在車用永磁同步交流電機(jī)的驅(qū)動控制算法中，一般利用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和提取轉(zhuǎn)速信息，并將這些信息反饋回閉環(huán)控制系統(tǒng)中，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。然而，車用永磁同步電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器的外部條件較為惡劣，在復(fù)雜的工作環(huán)境中，很有可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)變壓器出現(xiàn)故障，使反饋到控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確，造成電機(jī)動力輸出不穩(wěn)定、無法實時調(diào)節(jié)電壓和電流、整體性能下降等不利影響，進(jìn)而容易引發(fā)電機(jī)飛車、控制器過流等安全性問題。因此永磁同步電機(jī)的安全性和可靠性保證是一個值得深入探究的問題。

2、高安全性和可靠性的要求使得永磁同步電機(jī)的故障檢測成為一個重要的問題。對于永磁同步電機(jī)的整個控制系統(tǒng)來說，如果可以快速準(zhǔn)確地檢測出故障，就可以及時采取相應(yīng)的措施應(yīng)對，在一定程度上避免意外的發(fā)生，降低損失。目前的故障檢測主要包括基于模型的和基于數(shù)據(jù)的方法。其中，基于數(shù)據(jù)的方法，都利用系統(tǒng)已有的知識庫或數(shù)據(jù)庫，通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法建立故障模型，但結(jié)果可解釋性欠缺且過度依賴于數(shù)據(jù)庫；基于模型的方法結(jié)合對系統(tǒng)特性的分析和建模通過觀測信號與實際信號的差異診斷故障。

3、基于模型的方法主要通過設(shè)計觀測器完成對故障的檢測，但是在實際應(yīng)用過程中，測量噪聲和外部干擾等因素的存在一定程度上會影響基于觀測器的故障檢測方法的性能，造成誤報警，針對外界干擾和測量噪聲的存在，有學(xué)者提出一種具有干擾抑制的魯棒觀測器，解決了在有未知干擾的情況下故障信號和干擾信號的分離問題，然而在微小故障發(fā)生時，故障信號易被視為一種未知擾動，從而被覆蓋抑制，影響了故障觀測器的性能。為了更好地將故障的影響與系統(tǒng)的不確定性和噪聲區(qū)分開來，因此需要設(shè)計一種具有干擾抑制和故障敏感的魯棒觀測器。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了提供一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，包括：

4、采集電機(jī)的三相電流實測值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速實測值和位置角度實測值；

5、將電機(jī)的三相電流實測值通過坐標(biāo)變換到固定坐標(biāo)系下，得到兩相電流實測值；

6、獲取故障檢測觀測器輸出的兩相電流估計值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速估計值和位置角度估計值，與兩相電流實測值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速實測值和位置角度實測值比較，計算得到評估函數(shù)值；

7、判斷評估函數(shù)值是否超過預(yù)配置的閾值，若為是，則判定旋轉(zhuǎn)變壓器存在故障。

8、所述故障檢測觀測器基于線性變參數(shù)模型設(shè)計得到，線性變參數(shù)模型的具體為永磁同步電機(jī)在固定坐標(biāo)系下以跟蹤誤差為狀態(tài)變量的線性變參數(shù)模型。

9、所述線性變參數(shù)模型為：

10、

11、y(t)＝cx(t)+ew(t)+fafa(t)

12、其中：為跟蹤誤差系統(tǒng)的狀態(tài)實際值的導(dǎo)數(shù)，a(δ1,δ2)為狀態(tài)矩陣，x(t)為跟蹤誤差系統(tǒng)的狀態(tài)實際值，b為輸入矩陣，u(t)為系統(tǒng)的控制輸入，bd為干擾矩陣，d(t)為外部環(huán)境干擾，y(t)為系統(tǒng)輸出實際值，由兩相電流實測值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速實測值和位置角度實測值組成，c為輸出矩陣，e為噪聲矩陣，w(t)為，fa為故障矩陣，fa(t)為傳感器故障。

13、所述線性變參數(shù)模型的建立基于永磁同步電機(jī)機(jī)械特性和電氣特性。

14、所述故障檢測觀測器的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

15、

16、其中：為跟蹤誤差系統(tǒng)的狀態(tài)估計值的導(dǎo)數(shù)，a(η)為線性變參數(shù)模型的特征矩陣，為跟蹤誤差系統(tǒng)的狀態(tài)估計值，l(η)為觀測器的增益，為系統(tǒng)輸出估計值，由兩相電流估計值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速估計值和位置角度估計值組成，r(t)為跟蹤誤差系統(tǒng)的殘差值，v為殘差系數(shù)加權(quán)矩陣。

17、所述觀測器的增益和殘差系數(shù)加權(quán)矩陣的確定過程包括：

18、應(yīng)用性能指標(biāo)增強(qiáng)殘差值對故障信號的敏感性；

19、應(yīng)用h∞性能指標(biāo)削弱干擾和噪聲信號對殘差值影響；

20、使用李雅普諾夫穩(wěn)定性分析故障檢測觀測器的穩(wěn)態(tài)條件；

21、綜合考慮故障敏感性條件、干擾魯棒性條件和穩(wěn)定性條件，將故障檢測觀測器的增益求解問題轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式的可行性問題，求得觀測器的增益和殘差系數(shù)加權(quán)矩陣。

22、所述應(yīng)用性能指標(biāo)增強(qiáng)殘差值對故障信號的敏感性，滿足：

23、

24、所述應(yīng)用h∞性能指標(biāo)削弱干擾和噪聲信號對殘差值影響，滿足：

25、

26、其中，γ為干擾抑制增益指標(biāo)，β為故障敏感系數(shù)指標(biāo)。

27、所述評估函數(shù)值的獲取過程包括：

28、根據(jù)跟蹤誤差系統(tǒng)輸出的兩相電流估計值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速估計值和位置角度估計值，分別計算與各自實測值的差作為兩相電流、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和位置角度的慘差值；

29、利用殘差系數(shù)加權(quán)矩陣計算加權(quán)參差值，并結(jié)合加權(quán)殘差值計算得到評估函數(shù)值：

30、

31、其中：j(t)為評估函數(shù)值。

32、所述跟蹤誤差系統(tǒng)的狀態(tài)誤差為：

33、

34、其中：e(t)為狀態(tài)誤差，de為集總干擾輸入矩陣，dw為集總干擾輸出矩陣，為集總干擾變量。

35、所述電機(jī)為永磁同步電機(jī)。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

37、1、利用構(gòu)建的觀測器，采用兩相電流估計值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速估計值和位置角度估計值，和對應(yīng)實測值的比較，來確定是否存在微小故障，具有效率高的優(yōu)點。

38、2、在求解觀測器增益時，利用了故障敏感性指標(biāo)h-、干擾魯棒性指標(biāo)h∞和穩(wěn)定性條件，既減弱外部干擾和噪聲對故障檢測的影響，又增強(qiáng)殘差信號對故障信息的敏感性，使得故障出現(xiàn)瞬間殘差信號劇烈變化，降低誤報率，提高了永磁同步電機(jī)位置傳感器故障檢測的準(zhǔn)確性。且故障檢測結(jié)構(gòu)簡單，不需要設(shè)計多通道觀測器，只需要設(shè)計一個統(tǒng)一的故障檢測觀測器和一個殘差系數(shù)矩陣生成加權(quán)殘差信號，即可完成故障的檢測。

技術(shù)特征：

1.一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，所述故障檢測觀測器基于線性變參數(shù)模型設(shè)計得到，線性變參數(shù)模型的具體為永磁同步電機(jī)在固定坐標(biāo)系下以跟蹤誤差為狀態(tài)變量的線性變參數(shù)模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，所述線性變參數(shù)模型為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，所述線性變參數(shù)模型的建立基于永磁同步電機(jī)機(jī)械特性和電氣特性。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，所述故障檢測觀測器的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，所述觀測器的增益和殘差系數(shù)加權(quán)矩陣的確定過程包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，所述應(yīng)用性能指標(biāo)增強(qiáng)殘差值對故障信號的敏感性，滿足：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，所述評估函數(shù)值的獲取過程包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，所述跟蹤誤差系統(tǒng)的狀態(tài)誤差為：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，其特征在于，所述電機(jī)為永磁同步電機(jī)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種車用驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器微小故障檢測方法，包括：采集電機(jī)的三相電流實測值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速實測值和位置角度實測值；將電機(jī)的三相電流實測值通過坐標(biāo)變換到固定坐標(biāo)系下，得到兩相電流實測值；獲取故障檢測觀測器輸出的兩相電流估計值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速估計值和位置角度估計值，與兩相電流實測值、電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速實測值和位置角度實測值比較，計算得到評估函數(shù)值；判斷評估函數(shù)值是否超過預(yù)配置的閾值，若為是，則判定旋轉(zhuǎn)變壓器存在故障。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以將故障的影響與系統(tǒng)的不確定性和噪聲區(qū)分開來，從而提高檢測的精度。

技術(shù)研發(fā)人員：祝小元,陶鵬飛,王以恒,殷國棟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26