PMSM驱动系统电流传感器故障诊断与容错控制

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永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)是一种大范围应用在机械制造、医学辅助诊断等有高性能要求的三相交流电机。它占用体积小,运行功率密度高,对恶劣环境下稳定工作具有较强的鲁棒性。本文根据电机驱动电路的运行特点,对于多种类型电流传感器故障,采用基于搭建模型的传感器故障诊断方法,并在此基础上利用基于节点电流定律和搭建二阶滑模观测器两种方法分别对单相和多相电流传感器故障情况下驱动系统进行容错控制。并在PSIM软件下搭建仿真模型,设计PMSM驱动系统实验验证测试平台,证明仿真结果的准确性。故本文的主要研究内容有:
  首先,对PMSM的分类和工作机理进行简要介绍,分析了其运动方程和三种不同坐标系下的基本控制方法,并建立了永磁同步电机的数学模型,基于模型的故障诊断方法和滑模控制理论,考虑到气候的不可预测性条件及驱动系统中逆变电路的不理想实际状态下或存在死区效应对PMSM电流传感器故障检测造成的影响,利用二阶滑模观测器对永磁同步电机三相电流传感器进行故障诊断,并在PSIM软件环境下,对PMSM电流传感器的故障进行了详细的分类,并做出了仿真分析。
  其次,对永磁同步电机电流传感器故障状态下的容错控制器进行了设计,确立了基于节点电流法的容错控制策略,以及基于模型的二阶滑模观测器容错控制方案。对于单一电流传感器故障,在电机机械结构中三相绕组对称的条件下,利用节点电流之和为零的特点,通过逻辑运算快速替换故障电流值,实现容错控制。考虑到多相电流传感器故障状态,设计了基于二阶滑模观测器的电流传感器故障切换容错控制方法。在PSIM环境下进行了仿真实验验证,仿真结果表明两种控制器都可以实现电流传感器容错控制,电流传感器发生故障后可以在较短时间周期内使系统恢复到正常运转,保证系统具有较好的稳定性和鲁棒性。
  最终,选用高精度数字信号微处理器TMS320F28335为核心芯片,参照芯片功能设计了驱动门电路、DC-AC逆变电路、交流电流信息采样电路、编码器信号电路等,完成了PMSM驱动系统实物平台的实际构建;并在PSIM软件环境下,对故障诊断方法和容错控制策略进行软件仿真。搭建了三相PMSM驱动系统交流电流传感器故障诊断与容错控制测试检验台,实验相。应地证明了三相电流传感器故障。诊断系统具。有良好的。工作性能、PMSM容错控制方。法具有较高的鲁棒性,完成了对三相交流。永磁同步电机的容错控制。
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