永磁同步電機永磁磁鏈失磁監(jiān)測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及永磁同步電機技術(shù)領(lǐng)域，具體說，設(shè)及一種用于永磁同步電機的 永磁磁鏈失磁監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機具有高效率、高能量密度、結(jié)構(gòu)簡單，在眾多工業(yè)領(lǐng)域得到越來越廣 泛應(yīng)用，人們對它的運行安全性和可靠性也提出了越來越高的要求。然而永磁同步電機在 工作過程中因受到溫度、機械振動、電樞反應(yīng)等原因?qū)е码姍C永磁材料存在失磁。而永磁體 的失磁或磁場波動都會直接導(dǎo)致電機發(fā)熱異常及轉(zhuǎn)矩性能變差，嚴重時電機可能報廢，運 一問題極大地限制了永磁電機的應(yīng)用。為了減少永磁體失磁故障而造成的經(jīng)濟損失，對永 磁電機永磁體失磁實現(xiàn)在線監(jiān)測，降低維護成本。
[0003] 針對永磁同步電機失磁監(jiān)測問題，國內(nèi)外許多學者進行了大量研究工作。在現(xiàn)有 技術(shù)中，有人提出將滑模觀測器和龍伯格觀測器相結(jié)合，基于滑模等值控制原理對永磁體 磁鏈進行實時監(jiān)測。另外，還有人提出一種改進綜合學習粒子群優(yōu)化算法對辨識PMSM的定 子電阻、電感和永磁體磁鏈等參數(shù)辨識。此外，另有人提出了一種磁場重建方法并進行了有 限元分析，對PMSM永磁體的部分失磁和偏屯、失磁進行了深入的研究。然而，Jordi、Gritli 等人基于小波分析理論提出了基于電機失磁后會在定子電流中產(chǎn)生特定諧波的理論來進 行失磁分析的方法。Lu等提出基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)失磁故障檢測方法。史宇超、肖犧等設(shè)計 了基于擴展卡爾曼濾波器的永磁體磁鏈在線監(jiān)測方法，取得了較好的效果。
[0004] 然而擴展卡爾曼濾波器對永磁電機模型非線性模型存在線性化誤差，可能導(dǎo)致濾 波器不穩(wěn)定，而且需要計算雅克比矩陣，計算量大，占用微處理器大量計算時間。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提出一種用于永磁同步電機的永磁磁鏈 失磁監(jiān)測裝置，其包括：
[0006] 參數(shù)檢測模塊，其與永磁同步電機相連接，用W獲取所述永磁同步電機運行時的 與獲得轉(zhuǎn)子磁鏈相關(guān)的參數(shù)值；運些參數(shù)值包括但不限于，定子電流、定子電壓W及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速等。
[0007] 無跡非線性變換模塊，其與所述檢測模塊連接，用W將檢測采樣的定子電流、定子 電壓、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的實時參數(shù)進行無跡非線性變換，從而獲得定子電流與永磁磁鏈估算值對 應(yīng)的sigma點集信息；
[0008] 卡爾曼濾波器，其與所述無跡非線性變換模塊，用W將無跡變換的定子電流與永 磁磁鏈估算值進行卡爾曼濾波，從而得到實時磁鏈參數(shù)的精確值；
[0009] 比較及輸出模塊，其與所述卡爾曼濾波器連接，將經(jīng)過所述卡爾曼濾波模塊進行 濾波的磁鏈參數(shù)與系統(tǒng)所設(shè)的闊值范圍進行比較，并在離開所述范圍時輸出所述磁鏈參 數(shù)。
[0010] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述參數(shù)檢測模塊包括轉(zhuǎn)子位置檢測單元，其與 光電碼盤及信號調(diào)理電路連接，W檢測永磁同步電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置。
[0011] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述參數(shù)檢測模塊包括轉(zhuǎn)子位置檢測單元，其與 電流傳感器及信號調(diào)理電路連接，W檢測永磁同步電機的定子電流。
[0012] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述參數(shù)檢測模塊包括母線電壓檢測單元，其與 母線電壓傳感器連接，W檢測永磁同步電機的母線電壓。
[0013] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述無跡非線性變換模塊包括IPA服變換單元和 PARK單元。其中，所述IPARK變換單元將旋轉(zhuǎn)坐標軸系下的定子電壓轉(zhuǎn)變二相靜止坐標軸 系中定子電壓，PARK單元將二相靜止坐標軸系中的定子電流轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)坐標軸系下的定子 電流。
[0014] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述無跡非線性變換模塊還包括CLA服變換單 元，其將=相靜止坐標系中=相定子電流轉(zhuǎn)變?yōu)槎囔o止坐標軸系中的二相定子電流。
[0015] 根據(jù)本實用新型的一個實施例，所述永磁磁鏈失磁監(jiān)測裝置還包括所述比較及輸 出模塊還包括光電隔離驅(qū)動單元。
[0016] 本實用新型設(shè)計的基于無跡卡爾曼濾波器的永磁同步電機永磁磁鏈在線監(jiān)測裝 置具有結(jié)構(gòu)簡單、監(jiān)測數(shù)據(jù)精確，并對電機參數(shù)精確性不敏感，具有很強的魯棒性。該裝置 既為控制系統(tǒng)提供準確的磁鏈信息，又能有效地防止電機失磁嚴重惡化，減小經(jīng)濟損失。
【附圖說明】
[0017] 圖1示出了永磁同步電機永磁磁鏈的變化；
[0018] 圖2A和2B顯示了根據(jù)本實用新型的一個實施例的控制系統(tǒng)的硬件框圖；W及
[0019] 圖3顯示了根據(jù)本實用新型的一個實施例的控制系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0020] 本實用新型采用一種新型的無跡卡爾曼濾波器，其無需考慮雅克比矩陣，結(jié)構(gòu)簡 單，并具有處理非線性模型估計問題的能力。在本實用新型中，首先設(shè)計一種W永磁電機定 子電流、永磁磁鏈為狀態(tài)變量的觀測模型，構(gòu)建基于無跡卡爾曼濾波器的永磁同步電機永 磁磁鏈計算方法，實現(xiàn)了電機永磁磁鏈在線監(jiān)測。
[0021] 基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的d-q坐標系下的電壓方程為
陽〇2引其中：R為定子相電阻；Ud、Uq分別為定子繞組的tq軸電壓；id、iq分別為定子繞 組tq軸電流；Ld、Lq為定子tq軸電感；4巧永磁磁鏈；W為磁場同步轉(zhuǎn)速。
[0024] 如圖1所示，當永磁電機發(fā)生失磁故障，而導(dǎo)致永磁體磁鏈矢量幅值和方向發(fā)生 如圖所示的變化時，當4^失磁后，d軸和q軸的磁鏈變?yōu)?W、電機定子電壓方程變 為：
陽0%] 如圖2A和2B所示，為本實用新型提出的用于永磁同步電機的永磁磁鏈失磁監(jiān)測 裝置，其包括：參數(shù)檢測模塊、無跡非線性變換模塊、卡爾曼濾波器W及比較及輸出模塊。如 圖2B所示，參數(shù)檢測模塊與永磁同步電機相連接，用W獲取所述永磁同步電機運行時的與 獲得轉(zhuǎn)子磁鏈相關(guān)的參數(shù)值。該參數(shù)值包括但不限于定子電流、定子電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。無 跡非線性變換模塊與所述檢測模塊連接，用W將檢測采樣的定子電流、定子電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速的實時參數(shù)進行無跡非線性變換，從而獲得定子電流與永磁磁鏈估算值對應(yīng)的Sigma點 集信息。
[0027] 卡爾曼濾波器與所述無跡非線性變換模塊，用W將無跡變換的實時磁鏈參數(shù)包括 定子電流和永磁磁鏈估算值進行卡爾曼濾波，從而獲得實時磁鏈參數(shù)的精確值。
[0028] 比較及輸出模塊與所述卡爾曼濾波器連接