本發(fā)明涉及電機(jī)故障識別，具體是涉及一種磁懸浮高速永磁同步電機(jī)故障識別及自適應(yīng)保護(hù)方法。

背景技術(shù)：

1、磁懸浮軸承是一種轉(zhuǎn)子和定子之間無機(jī)械接觸的新型高性能軸承，其具有高轉(zhuǎn)速、高精度、功耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點(diǎn)。但隨著產(chǎn)品的迭代升級，對于電機(jī)整體運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性等要求越來越高。隨著溫度、負(fù)載和磁飽和程度變化，磁懸浮永磁同步電機(jī)的定子電阻、電感和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值等參數(shù)值大小都會隨之而偏離常溫下設(shè)計(jì)值。對于定子繞組，溫度的上升會導(dǎo)致其電阻值變大，工作效率減??；而對于轉(zhuǎn)子永磁，溫度的上升會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值下降，嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)高溫失磁。當(dāng)電機(jī)實(shí)際參數(shù)值相對于常溫下的設(shè)計(jì)參數(shù)值發(fā)生比較大變化時(shí)，會對所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)性能造成很大影響，甚至?xí)屍錈o法工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，提供一種磁懸浮高速永磁同步電機(jī)故障識別及自適應(yīng)保護(hù)方法，本技術(shù)方案目的在于目的在于克服電機(jī)溫升引起的參數(shù)發(fā)生較大變化，影響控制系統(tǒng)性能和增加磁懸浮軸承控制難度等問題。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種磁懸浮高速永磁同步電機(jī)故障識別及自適應(yīng)保護(hù)方法，包括：

4、構(gòu)建滿秩的參考可變模型；

5、采集磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的電學(xué)參數(shù)，所述電學(xué)參數(shù)包括abc三相電壓、abc三相電流、交軸電壓、交軸電流、直軸電壓和直軸電流；

6、基于磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的電學(xué)參數(shù)，通過滿秩的參考可變模型對磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的電機(jī)參數(shù)進(jìn)行辨識，得到磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)，所述磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的電機(jī)參數(shù)包括：交軸電感、直軸電感、定子繞組電阻和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值；

7、基于磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)，通過磁懸浮軸承控制調(diào)整算法進(jìn)行補(bǔ)償，抵消掉電機(jī)參數(shù)變化而產(chǎn)生的對磁懸浮軸承的控制誤差；

8、基于補(bǔ)償后的控制參數(shù)調(diào)控磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的軸承-轉(zhuǎn)子動力學(xué)系統(tǒng)。

9、優(yōu)選的，所述構(gòu)建滿秩的參考可變模型具體包括：

10、構(gòu)建磁懸浮高速永磁同步電機(jī)在定子三相坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程；

11、構(gòu)建磁懸浮高速永磁同步電機(jī)在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的交直軸轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程；

12、用popov超穩(wěn)定理論設(shè)計(jì)使磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的電機(jī)參數(shù)收斂到電機(jī)參數(shù)的真實(shí)值的參考自適應(yīng)系統(tǒng)；

13、所述定子三相坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程為：

14、其中，式中,為磁懸浮高速永磁同步電機(jī)abc三相電壓,為磁懸浮高速永磁同步電機(jī)abc三相電流,為電氣角速度,為電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角,r為定子繞組電阻,為自感；為互感,為轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值；

15、所述交直軸轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程為：

16、

17、式中，第k個(gè)采樣的直軸定子電壓，第k個(gè)采樣的直軸定子電流，第k個(gè)采樣的交軸定子電壓，第k個(gè)采樣的交軸定子電流，為直軸定子電感，為交軸定子電感，第k個(gè)采樣的電氣角速度。

18、優(yōu)選的，所述用popov超穩(wěn)定理論設(shè)計(jì)使磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的電機(jī)參數(shù)收斂到電機(jī)參數(shù)的真實(shí)值的參考自適應(yīng)系統(tǒng)具體包括：

19、將參考自適應(yīng)系統(tǒng)等價(jià)為多變量非線性時(shí)變反饋系統(tǒng)；

20、所述多變量非線性時(shí)變反饋系統(tǒng)包括一個(gè)前向線性定常模塊和一個(gè)非線性時(shí)變的反饋模塊，所述前向線性定常模塊為：

21、其中， e為比較誤差，為e的一階導(dǎo)數(shù)，y為輸出向量，,,，為直軸定子電流、為交軸定子電流，為直軸定子電流估計(jì)值、為交軸定子電流估計(jì)值，,,為直軸定子電感，為交軸定子電感，r為定子繞組電阻，為電氣角速度，,,,為直軸定子電感估計(jì)值，為交軸定子電感估計(jì)值，為定子繞組電阻估計(jì)值，為電氣角速度，,,直軸定子電壓，交軸定子電壓，,為轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值，為轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值估計(jì)值，,為電氣角速度， d為線性補(bǔ)償矩陣；

22、讓非線性時(shí)變的反饋模塊滿足popov不等式；

23、即,分解得到第一不等式，第一不等式為：

24、其中，；第一不等式變形得到第二不等式，第二不等式為：

25、為非線性反饋的增益1，為非線性反饋的增益2,為非線性反饋的增益3；

26、第二不等式分解得到第三不等式組，所述第三不等式組為：

27、

28、則基于第三不等式組，可得到參考自適應(yīng)系統(tǒng)的自適應(yīng)律為：

29、

30、

31、

32、其中，為比例增益1，為比例增益2。

33、優(yōu)選的，所述磁懸浮軸承控制調(diào)整算法具體為：

34、獲取磁懸浮高速永磁同步電機(jī)工作過程中，電機(jī)參數(shù)的正常變化范圍；

35、在電機(jī)參數(shù)的正常變化范圍內(nèi)，采用網(wǎng)格搜索的方式生成若干組電機(jī)參數(shù)樣本組；

36、基于控制試驗(yàn)確定每一組電機(jī)參數(shù)樣本組的最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)；

37、將電機(jī)參數(shù)樣本組與對應(yīng)的最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)建立一一映射關(guān)系，并將所有電機(jī)參數(shù)樣本組及最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)組建為磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫；

38、將磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)于磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索匹配，獲取磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)對應(yīng)的控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)。

39、優(yōu)選的，所述將磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)于磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索匹配，獲取磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)對應(yīng)的控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)具體包括：

40、獲取磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫中電機(jī)參數(shù)樣本組中任一項(xiàng)電機(jī)參數(shù)均大于磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)，且與磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)綜合距離最接近的電機(jī)參數(shù)樣本組，記為第一電機(jī)參數(shù)樣本組；

41、獲取磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫中電機(jī)參數(shù)樣本組中任一項(xiàng)電機(jī)參數(shù)均小于磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)，且與磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)綜合距離最接近的電機(jī)參數(shù)樣本組，記為第二電機(jī)參數(shù)樣本組；

42、基于第一電機(jī)參數(shù)樣本組和第二電機(jī)參數(shù)樣本組，通過調(diào)控?cái)M合公式確定控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)；

43、所述綜合距離的計(jì)算公式為：式中，為綜合距離，為電機(jī)參數(shù)樣本組中的電阻值，為電機(jī)參數(shù)樣本組中的交軸電感，為電機(jī)參數(shù)樣本組中的直軸電感，為電機(jī)參數(shù)樣本組中的轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值。

44、優(yōu)選的，所述調(diào)控?cái)M合公式具體為：

45、式中，為控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)，為第二電機(jī)參數(shù)樣本組對應(yīng)的最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)，為第一電機(jī)參數(shù)樣本組對應(yīng)的最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)，為第二電機(jī)參數(shù)樣本組與磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)的綜合距離，為第一電機(jī)參數(shù)樣本組與磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)參數(shù)的綜合距離；

46、所述控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)至少包括：比例調(diào)節(jié)系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分系數(shù)和積分系數(shù)。

47、優(yōu)選的，所述基于補(bǔ)償后的控制參數(shù)調(diào)控磁懸浮高速永磁同步電機(jī)的軸承-轉(zhuǎn)子動力學(xué)系統(tǒng)具體包括：

48、根據(jù)高速數(shù)據(jù)采集及處理模塊獲取并處理磁浮軸承中的傳感器輸出的電磁鐵與轉(zhuǎn)子間隙、電磁鐵電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；

49、根據(jù)低速數(shù)據(jù)采集與處理模塊獲取并處理磁浮軸承中的功率放大器的輸入電流、輸入電壓、板間溫度、功率放大器電容電壓、電磁鐵溫度、充放電狀態(tài)反饋信號、驅(qū)動ic狀態(tài)反饋信號以及功率放大器中的主輔繼電器狀態(tài)信號；

50、根據(jù)故障診斷及保護(hù)模塊獲取高速數(shù)據(jù)采集及處理模塊和低速數(shù)據(jù)采集與處理模塊輸出的數(shù)據(jù)并進(jìn)行故障診斷，輸出故障診斷信號和故障保護(hù)信號，并對磁浮軸承進(jìn)行故障保護(hù)；

51、根據(jù)數(shù)據(jù)通信模塊將故障診斷信號和故障保護(hù)信號發(fā)送至調(diào)試軟件，通過調(diào)試軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)展示分析，實(shí)現(xiàn)對磁浮軸承的實(shí)時(shí)監(jiān)控并對磁浮軸承進(jìn)行調(diào)試；

52、通過懸浮控制計(jì)算模塊在未觸發(fā)故障保護(hù)時(shí)輸出控制信號，對磁浮軸承進(jìn)行懸浮控制；

53、所述控制信號包括間隙環(huán)控制算法和電流環(huán)控制算法；

54、所述間隙環(huán)控制算法包括：

55、

56、式中，為間隙環(huán)輸出總期望控制電流，為控制主軸懸浮在x軸回轉(zhuǎn)中心所需的期望控制電流，為控制主軸懸浮在y軸回轉(zhuǎn)中心所需的期望控制電流，為偏置電流，為比例調(diào)節(jié)系數(shù)，為微分系數(shù)，為積分系數(shù)；

57、所述電流環(huán)控制算法為：

58、

59、式中，為輸出的占空比值，為零位電流，為檢測的實(shí)際電流，為積分時(shí)間常數(shù)。

60、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

61、建立一種磁浮軸承、電機(jī)故障識別及自適應(yīng)保護(hù)算法的系統(tǒng)，通過對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行辨識，將檢測到的變化的永磁同步電機(jī)定子電阻、電感和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值等參數(shù)值經(jīng)變頻器輸送到磁浮軸承控制器，磁浮軸承控制器采用算法補(bǔ)償，抵消掉電機(jī)參數(shù)變化而產(chǎn)生的對磁懸浮軸承的影響，通過本方案可獲得一組滿秩的參考可變模型并同時(shí)對電機(jī)定子電阻、電感和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值等多個(gè)參數(shù)值進(jìn)行辨識，可實(shí)現(xiàn)磁懸浮軸承控制器算法補(bǔ)償，抵消掉電機(jī)參數(shù)變化而引起的對磁懸浮軸承的影響，減小磁懸浮軸承的控制難度。