[發明專利]一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置

有效

• 申請號: 201410781915.0
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104393815A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 鄒見效;葛毅;凡時財;鄭宏;徐紅兵
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于永磁電機驅動控制技術領域，具體涉及一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置。

背景技術

永磁同步電機體積小，重量輕，調速比范圍寬，效率高的優點使得國內外許多高性能電機和特殊領域的電機均使用永磁同步電機。其功率等級從毫瓦級到兆瓦級，應用范圍從玩具，工業應用到船舶電力推進。

目前永磁同步電機控制技術中除了磁鏈難以控制，轉矩脈動大等控制難題，還面臨控制所需各類傳感器的可靠性保障問題，特別是其中的速度傳感器。作為高精度控制永磁電機不可或缺的檢測裝置，其故障將導致系統無法實現閉環控制時，對系統的穩定運行會造成嚴重影響。而傳感器工作易受環境和工作時間影響。因此，速度傳感器的運行可靠性是永磁同步電機控制中需要考慮的關鍵一環。

作為一種改進方案，在2014年06月18日公開，公開號為CN103872962A，發明名稱為“一種永磁同步電機速度傳感器的在線容錯控制裝置”的中國發明專利中公布了一種解決速度傳感器故障的在線容錯控制裝置。圖1是基于該速度傳感器故障的在線容錯控制裝置的電機驅動控制系統示意圖。如圖1所示，在傳統的永磁電機矢量控制系統基礎上，加入了高轉速和低轉速兩個速度估計模塊和容錯控制模塊，將永磁同步電機的電壓、電流信號輸入兩個轉速估計模塊中，計算得到相應的估計轉速。容錯控制模塊根據速度傳感器得到的采集轉速ω₁和估計轉速，通過故障檢測、先驗后驗概率的計算等過程得到轉速ω_r，該轉速作為實際反饋轉速參與系統的矢量控制。

該發明的容錯控制策略可以簡單概括為：當電機運行在高轉速時，如果發生速度傳感器故障，反饋轉速將會從采集轉速ω_m平穩地切換為高轉速估計模塊輸出的估計轉速ω_h；當電機運行在低轉速時，如果發生速度傳感器故障，反饋轉速將會從采集轉速ω_m平穩地切換為低轉速估計模塊輸出的估計轉速ω_l。

該發明包含低轉速和高轉速兩個速度估計模塊，減小了單一轉速估計算法在特定轉速區間存在的估計誤差，拓寬了轉速的準確估算范圍。當電機在固定轉速運行時，該發明能在速度傳感器故障時實現反饋轉速的平穩切換，具有較好的穩定性，并且能夠根據電機運行狀況實時更新先驗概率，提高容錯控制效果。

但該發明仍然存在以下不足：當電機系統狀態在低速與高速之間頻繁切換運行時，系統采用的估計轉速就會在ω_h和ω_l兩個狀態之間往復切換，而ω_h和ω_l之間存在偏差，這將導致電機轉速發生振蕩，影響系統的動態穩定性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置，采用復合估計轉速作為反饋轉速，既拓寬轉速調整范圍，又改善了系統的動態穩定性，并根據先驗概率的實時在線更新提升了后驗概率在不同轉速段的準確性。

為實現上述發明目的，本發明一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置，其特征在于，包括：模型參考自適應法估算模塊、高頻注入法估算模塊、估計轉速復合處理模塊和容錯控制模塊；其中：

模型參考自適應法估算模塊采用模型參考自適應算法根據電機的電流電壓參數估計得到電機轉速ω₂，其轉速估算適用速段為(ω_th,ω_M]，ω_th為高低轉速段分段點，ω_M為電機最大轉速；

高頻注入法估算模塊采用旋轉高頻電壓注入法根據電機的電流電壓參數估計得到電機轉速ω₃，其轉速估算適用速段為[0,ω_th]；

估計轉速復合處理模塊用于從速度傳感器接收電機采集轉速ω₁和兩個轉速估計模塊得到的估計轉速ω₂、ω₃，再分別計算電機轉速ω₂和ω₃的加權α和β，從而得到復合估計轉速并同時根據極大似然估計算法計算轉速ω₁和復合估計轉速的先驗概率P(A₁)和P(A₂)，且有P(A₁)+P(A₂)＝1，其中，事件A₁和A₂定義如下：

A₁＝{選取傳感器輸出信息作為反饋轉速}；