[发明专利]基于价值函数误差的永磁同步电机开路故障诊断方法

说明书

本发明公开了基于价值函数误差的永磁同步电机开路故障诊断方法，涉及电机故障诊断领域，该方法研究了故障电机条件下定子电流与价值函数之间的内在关系，利用d轴、q轴电流残差的归一化平均值实现开路故障的分类；根据电流解析表达式和最佳电压矢量建立价值函数估计模型，利用最优开关矢量条件下的价值函数值与价值函数估计值误差的最小绝对平均值定位开路故障器件。仿真和实验证明，该方法能够有效诊断21种开关管开路故障，且诊断时间小于电流基波周期。

技术领域

本发明涉及电机故障诊断领域，尤其是基于价值函数误差的永磁同步电机开路故障诊断方法。

背景技术

随着对电机传动系统的可靠性和安全性要求的不断提高，状态监测与故障诊断技术近年来得到了广泛的关注。而永磁同步电机由于其高转矩/功率密度比和高效率等优点，在工业中得到了广泛的应用。在电机驱动系统中，容易发生许多不同种类的故障，而功率半导体器件(也即开关管)故障在电机驱动方面是最容易发生的故障。电源设备的故障主要分为短路故障和开路故障，前者破坏性大，一般会配备保护电路将短路故障转化为开路故障，虽然开路故障不一定会使系统停止运行，但这种故障会导致扭矩脉动和机械振动，甚至会导致其他器件的过载或二次故障，因此及时准确的诊断出开路故障管对系统高可靠性具有重要意义。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了基于价值函数误差的永磁同步电机开路故障诊断方法，本发明的技术方案如下：

基于价值函数误差的永磁同步电机开路故障诊断方法，包括如下步骤：

利用三相定子故障电流获取d轴、q轴的故障剩余电流；

结合d轴、q轴的故障剩余电流和定子电流幅值，计算得到故障分类特征值；

对电机驱动系统中逆变器的单个开关管和双开关管进行开路故障分类，且在每个开路故障类型中，各个故障情况对应有一个故障号；

将故障分类特征值与设定的故障分类阈值进行比较，确定当前开路故障类型；

利用拉格朗日乘数法和傅里叶分解法得到当前开路故障类型中各个故障情况下的d轴、q轴的估计电流；

结合d轴、q轴的估计电流和d轴、q轴的最佳电压矢量建立价值函数估计模型，得到当前开路故障类型中各个故障情况下的价值函数估计值；

计算最优开关矢量条件下的价值函数值与每个价值函数估计值之差的绝对平均值，选取其中的最小值，根据最小值的故障号对应的故障情况定位开路开关管。

其进一步的技术方案为，利用三相定子故障电流获取d轴、q轴的故障剩余电流，包括：

利用三相定子故障电流计算剩余相电流，剩余相电流的表达式为：

其中，分别为采集到的三相定子故障电流；i_a、i_b、i_c为三相静止参考系中的三相定子正常电流，假设永磁同步电机的定子绕组在空间中均匀对称分布，则三相定子正常电流的表达式为：

其中，I_m为定子电流幅值，ω_e为电机转子电磁角速度；

剩余相电流经过Park变换得到d轴、q轴的故障剩余电流，d轴、q轴的故障剩余电流的表达式为：

其中，为d轴的故障剩余电流，为q轴的故障剩余电流；为剩余相电流；

其进一步的技术方案为，对电机驱动系统中逆变器的单个开关管和双开关管进行开路故障分类，且在每个开路故障类型中，各个故障情况对应有一个故障号，包括：