[发明专利]一种永磁同步电机故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于预测电流控制的永磁同步电机故障诊断方法，根据电机数学模型建立电机预测电流控制数学模型，定义最优电压向量的价值函数；根据诊断故障类型，建立相对应的电机故障数学模型；结合永磁同步电机各类典型故障模式的数学模型和健康状况下的价值函数，得到相对应故障模式下的价值函数；分析对比各类故障模式与健康模式的价值函数，得到价值函数直流分量与各次谐波含量的变化情况为故障特征，综合各故障特征形成故障特征库；建立健康模式下的价值函数直流分量及各次谐波含量与转速和转矩的关系表为故障特征阈值；将实际工况点的价值函数直流分量与故障特征阈值表进行对比，得到故障特征，再根据故障特征库诊断故障类型。

技术领域

本发明涉及电机故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于预测电流控制的永磁同步电机故障诊断方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有结构简单、体积小、重量轻和过载能力大的特点，同时又实现了无刷化,这使得PMSM与同容量的励磁电机相比更紧凑、高效，具有高转矩密度和高动态性能，可以实现高速运行和精确的转矩控制。得益于这些优点，PMSM已广泛应用于许多工业领域，例如制造系统、电动汽车、风力发电、船舶推进系统等。由于电机在复杂多变的工业环境中工作，受供电情况和负载状况的影响，在长期连续运行期间，电机不可避免地会发生各种故障。这些故障会严重影响电机运行的可靠性和安全性。如果无法被及时地诊断和修复，它们可能会造成严重的设备损坏和财产损失。因此，研究永磁同步电机的故障检测与诊断技术变得尤为重要。

近年来，预测电流控制(predictive current control，PCC)因其结构简单、动态性能优越，在电机驱动和控制领域被广泛应用。PPC是根据系统当前状态和数学模型预测出系统未来的状态，再根据期望值进行在线寻优的控制算法。它以追踪定子电流为目标来实现电机控制，其核心思想是通过比较每个开关状态所对应的成本函数，选出最优的开关状态。

目前，对基于预测电流控制的永磁同步电机故障诊断缺乏足够的研究。

发明内容

基于现有技术的研究现状，本发明提供了一种基于预测电流控制的永磁同步电机故障诊断方法，其目的是为采用预测电流控制的永磁同步电机提供一种高可靠性、高灵敏度、高通用性的故障诊断方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种永磁同步电机故障诊断方法，包括如下步骤

步骤1，根据电机数学模型建立电机预测电流控制数学模型，定义判断最优电压向量的价值函数；

步骤2，根据所需诊断故障的类型，建立相对应的电机故障数学模型；

步骤3，结合永磁同步电机各类典型故障模式的数学模型和健康状况下的价值函数，得到相对应故障模式下的价值函数；

步骤4，分析对比各类故障模式与健康模式的价值函数，得到价值函数直流分量与各次谐波含量的变化情况，即为故障特征，综合各类典型故障的故障特征形成故障特征库；

步骤5，建立健康模式下的价值函数直流分量及各次谐波含量与转速/转矩的关系表，即为故障特征阈值；

步骤6，将实际系统各工况点下的价值函数直流分量和各次谐波含量与故障特征阈值表进行对比，得到故障特征，再根据故障特征库诊断故障类型。

所述的一种永磁同步电机故障诊断方法，其步骤1中的电机预测电流控制数学模型为：

其中，u_d、u_q、i_d、i_q、L_d、L_q、ψ_d、ψ_d为直轴和交轴电压、电流、电感、磁链，R_s为定子电阻，ψ_f为永磁磁链。