[发明专利]一种异步电机执行器故障的估计与补偿方法

说明书

本发明提出一种异步电动机执行器故障的估计与补偿方法，包括如下步骤：基于线性磁路的假设搭建异步感应电机的五阶非线性数学模型，并根据异步电机切换特性对所建立的异步感应电机数学模型进行改进，得到改进后的异步感应电机的非线性数学模型，并对改进后的异步感应电机的非线性数学模型进行离散化；建立故障检测滤波器，通过故障检测滤波器产生残差信号，根据残差信号值的大小判断电动机是否存在执行器故障；设计故障估计器，对执行器的故障大小进行估计；通过故障重构对执行器故障进行补偿；本发明提供的异步电机执行器故障的估计与补偿方案在执行器故障发生时可以很好的对故障进行估计，并对故障所引起的负面效果进行抵消，实现对故障的补偿。

技术领域

本发明涉及异步电机执行器领域，特别是指一种异步电机执行器故障的估计与补偿方法。

背景技术

异步电机对当前社会的工业生产、日常生活都有着十分重要的地位，并且已经应用到国民经济的各个领域，因此在恶劣的工作环境中实现异步电动机运行的可靠性是异步电机在许多应用中的基本和主要要求。从本质上说来，异步电机是本身便是一个非线性、参数时变、强耦合的复杂系统。为了实现对异步电机更好的控制，三相逆变器因其良好的控制性能被广泛的应用在异步电机的控制上。

此外，电机高效、稳定和安全的运行是我们非常关注的问题，在电机频繁的启、制动还有人为的违规操作都使得电机会出现故障，如果能在故障发生之前及时发现故障，对故障进行补偿和及时的停机维修可以极大的减少损失和保障操作人员安全，而在异步电机系统中逆变器是一个故障率较高的部分之一，并且因为逆变器对异步电机的控制十分重要，因此迫切需要对异步电机三相逆变器故障的估计和补偿有效策略，使得我们能对异步电机逆变器故障进行高校的估计和有效的补偿，从而抵消故障对异步电机的影响和减小损失。

逆变器在异步电机的控制系统中相当于执行器，因此我们称三相逆变器为执行器。目前关于异步电机执行器的故障估计和补偿方法已经有较多的研究，比如基于信号处理的故障估计、基于统计分析的故障估计、基于专家的故障估计、基于数学模型的故障估计等等。但都存在一定的不足和缺陷，且大部分都没有给出有效的故障补偿手段。另一方面，在现存的故障估计和补偿方法均是在没有考虑切换方法的条件下获得的。目前基于切换系统方法，采用具有驻留时间约束的线性参数变化系统的故障检测、估计和补偿的针对执行器的综合设计问题，尚未出现有效的解决方法。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种异步电机执行器故障的估计与补偿方法，实现对异步电机执行器故障准确的估计和补偿。

本发明采用如下技术方案：

一种异步电动机执行器故障的估计与补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

基于线性磁路的假设搭建异步感应电机的五阶非线性数学模型，并根据异步电机切换特性对所建立的异步感应电机数学模型进行改进，得到改进后的异步感应电机的非线性数学模型，并对改进后的异步感应电机的非线性数学模型进行离散化；

建立故障检测滤波器，通过故障检测滤波器产生残差信号，根据残差信号值的大小判断电动机是否存在执行器故障；

设计故障估计器，对执行器的故障大小进行估计；

通过故障重构对执行器故障进行补偿。

具体地，基于线性磁路的假设搭建异步感应电机的五阶非线性数学模型，并根据异步电机切换特性对所建立的异步感应电机数学模型进行改进，得到改进后的异步感应电机的非线性数学模型，；具体包括：

基于线性磁路的假设搭建异步感应电机的五阶非线性数学模型为：

改进后的异步感应电机的非线性数学模型：