[發明專利]一種PMSM永磁體局部退磁故障程度評估與數值化描述方法

有效

• 申請號: 201710110932.5
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106909076B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 陳濤;任鵬飛;郭壯志;程輝;王克軍
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;栗改

本發明公開了一種PMSM永磁體局部退磁故障程度評估與數值化描述方法，其步驟為：利用電流采樣電路采集PMSM定子電流并濾除逆變器高頻諧波；采用自適應基波提取算法提取采集的PMSM定子電流的基波；計算表征PMSM永磁體局部退磁程度的微弱故障特征諧波的分形盒維數；分析PMSM驅動系統運行工況對故障特性諧波分形盒維數計算結果的影響，建立故障程度與其故障特征諧波分形盒維數之間的唯一映射關系。本發明以故障特征諧波為分析對象，消除了逆變器高頻諧波及幅值較大的電流基波對微弱故障特征諧波的影響，實現故障特征諧波分形盒維數的準確計算，實現了獨立于PMSM驅動系統負載變化的永磁體局部退磁故障程度的準確評估與數值化描述。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)技術領域，具體涉及一種PMSM永磁體局部退磁故障程度評估與數值化描述方法。

背景技術

永磁同步電機(PMSM)具有結構簡單、故障率低和運行效率高等技術優勢，在工業伺服驅動、新能源汽車以及新能源發電等領域獲得了廣泛應用。然而，對于上述應用領域而言，PMSM功率密度要求高，散熱條件差，運行工況復雜，多處于加減速、變負荷運行以及最大轉矩電流比與弱磁聯合控制下，存在較強的電樞反應，加之自然老化等因素，容易出現永磁體均勻退磁或局部退磁故障，導致電機輸出轉矩減少及轉矩脈動，直接影響電驅動系統的轉矩控制精度與運行可靠性。

針對PMSM永磁體退磁故障的研究目前多集中于基于數據驅動、模型驅動及高頻信號注入方法的故障定性診斷領域，而對其故障程度的評估及有效描述方面的研究較為少見。鑒于PMSM永磁體均勻退磁故障并沒有打破其轉子等效物理結構的對稱性，僅將導致永磁體磁鏈幅值的降低。因此，基于PMSM動態數學模型并采用動態數據處理技術即可實現永磁體磁鏈幅值的在線觀測，進而實現永磁體均勻退磁故障程度的準確評估。而PMSM永磁體局部退磁故障不僅會降低永磁體磁鏈幅值，亦會因轉子等效物理結構對稱性的破壞而在PMSM定子電流中出現特定次故障特征諧波f_fault＝f_s(1±k/p)(式中，f_s為定子電流基波頻率，p為PMSM極對數，k取正整數)，從而導致PMSM電磁轉矩的降低及其驅動系統控制性能的下降。因此，應從上述兩個維度對PMSM永磁體局部退磁故障程度進行評估。

鑒于永磁體局部退磁故障所導致的PMSM定子電流中的故障特征諧波能夠對PMSM電磁轉矩的降低及其驅動系統性能的下降進行綜合表征，故可將上述故障特征諧波作為分析對象，通過計算表征其復雜程度的分形盒維數實現PMSM永磁體局部退磁故障程度的評估與數值化表征，以便采用積極有效的容錯控制方法，確保PMSM驅動系統的安全可靠運行。對于此思路，目前尚未發現有效的文獻報道。

鑒于此，PMSM永磁體局部退磁故障程度的準確評估與數值化描述已成為確保PMSM驅動系統安全可靠運行亟待解決的關鍵技術。

發明內容

針對PMSM永磁體局部退磁故障導致PMSM電磁轉矩的降低及其驅動系統控制性能下降的技術問題，本發明公開一種PMSM永磁體局部退磁故障程度評估與數值化描述方法，以故障特征諧波為分析對象，基于自適應基波提取算法與分形盒維數相結合的方法，消除逆變器諧波及幅值較大的基波電流對表征永磁體局部退磁程度的微弱故障特征諧波的影響，實現獨立于PMSM驅動系統負載變化的永磁體局部退磁故障程度的準確評估與數值化描述。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種PMSM永磁體局部退磁故障程度評估與數值化描述方法，其特征在于，以故障特征諧波為分析對象，基于自適應基波提取算法與分形盒維數相結合的方法，消除逆變器諧波及幅值較大的基波電流對表征永磁體局部退磁程度的微弱故障特征諧波的影響，實現了獨立于PMSM驅動系統負載變化的永磁體局部退磁故障程度的準確評估與數值化描述，其步驟如下：

步驟一：利用電流采樣電路采集PMSM定子電流，并消除逆變器高頻諧波對表征PMSM永磁體局部退磁程度的微弱故障特征諧波的影響；