本發(fā)明屬于在線檢測
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地，涉及一種電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中逆變器功率管開路故障實(shí)時檢測方法。
背景技術(shù)：
：目前，交流電機(jī)作為電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的裝置，在航空航天、軍事、工業(yè)、機(jī)車牽引系統(tǒng)及船舶等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，呈現(xiàn)完全取代直流電機(jī)的趨勢。逆變器作為交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的核心部件，是驅(qū)動系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)，其中功率管由于高頻開通、關(guān)斷造成的開路故障尤為顯著，直接影響電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對逆變器功率管的開路故障提出實(shí)時有效的檢測、定位和隔離的方法，提供實(shí)時有效的信息給后續(xù)的容錯控制策略，對提高電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性具有重要的工程應(yīng)用價值?，F(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于逆變器功率管開路故障實(shí)時檢測方法有三種：1、基于電機(jī)模型，設(shè)計(jì)觀測器，若觀測器的輸出和實(shí)際系統(tǒng)輸出的殘差大于設(shè)定的閾值，則判斷系統(tǒng)發(fā)生故障。這種方法很大程度依賴于電機(jī)參數(shù)，在實(shí)際運(yùn)行中電機(jī)的參數(shù)是變化的不確定的，因此這種方法在工程應(yīng)用中存在一定的不足；2、基于檢測電壓的方法，根據(jù)故障功率管電壓畸變的特性，進(jìn)行快速實(shí)時的檢測和定位，這一類方法需要在硬件上添加相應(yīng)的傳感器以及檢測電路，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的成本；3、基于檢測電流的方法，根據(jù)逆變器輸出的三相電流，分別在坐標(biāo)系和坐標(biāo)系中分析系統(tǒng)故障機(jī)理，進(jìn)行快速實(shí)時的檢測和定位，這類方法需要估算同步旋轉(zhuǎn)角，估算誤差會影響檢測精度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中逆變器功率管開路故障實(shí)時檢測方法，其目的在于改善已有的功率管開路故障實(shí)時檢測方法，提高檢測速度，增強(qiáng)算法魯棒性，降低檢測成本。本發(fā)明提供一種電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中逆變器功率管開路故障實(shí)時檢測方法，包括以下步驟：步驟1、計(jì)算滑動窗口的寬度其中，Ts表示電流環(huán)的采樣周期，n表示電機(jī)轉(zhuǎn)速，p表示電機(jī)的極對數(shù)；步驟2、設(shè)計(jì)三相電流矢量，重構(gòu)電流矢量的數(shù)據(jù)使得其同相位：首先，將一個周期內(nèi)的采樣點(diǎn)儲存在矢量Ia,Ib,Ic中，其維數(shù)為L，在每一個電流采樣瞬間k,電流矢量Ia,Ib,Ic拋棄最末的一個采樣點(diǎn)Ia(1),Ib(1),Ic(1)，然后將剩余采樣點(diǎn)在矢量中左移一位，同時將最新的采樣點(diǎn)加入Ia,Ib,Ic,記為Ia(L),Ib(L),Ic(L)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時在線更新；然后，在每一個電流采樣瞬間，對電流矢量進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，如公式(1)所示：Da=IaDb=[Ib[1/3L:L],Ib[1:1/3L-1]]Dc=[Ic[2/3L:L],Ic[1:2/3/L-1]]\*MERGEFORMAT---(1)]]>式中，Ib(1/3L:L)代表一段電流采樣點(diǎn)，從位置1/3L開始，以位置L結(jié)束。步驟3、故障特征量提取，設(shè)計(jì)兩個特征量函數(shù)用于故障診斷與定位：故障特征量一：電流矢量平均值，如下公式(2)所示：Sm=Σi=1LDm(i)Lm=a,b,c\*MERGEFORMAT---(2)]]>故障特征量二：任意兩相電流的相關(guān)系數(shù)，如下公式(3)所示：Xmm=Σi=1L|(Dm-Sm)(Dn-Sn)|(Σi=1L(Dm-Sm)2)(Σi=1L(Dn-Sn)2)(m,n=a,b,c;m≠n)\*MERGEFORMAT---(3).]]>步驟4、根據(jù)設(shè)計(jì)的故障特征量進(jìn)行故障診斷，故障診斷包括故障檢測與故障定位兩個環(huán)節(jié)，當(dāng)且僅當(dāng)任意兩相重構(gòu)后的電流矢量相關(guān)性函數(shù)值近似相等且為1的時候，系統(tǒng)處于健康狀態(tài)，無故障發(fā)生；系統(tǒng)檢測出故障，給予故障報警；在系統(tǒng)檢測出故障的情況下，根據(jù)任意兩相重構(gòu)后的電流矢量相關(guān)性函數(shù)值與電流矢量平均值定位故障類型，然后由所得的兩個故障特征量檢測并且定位故障功率管。總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：本發(fā)明能夠?qū)崟r檢測出任意三相驅(qū)動系統(tǒng)單管故障與同橋臂雙管故障的開路故障的情況，并可以精確定位故障功率管。本發(fā)明適用于同步電機(jī)、異步電機(jī)電流閉環(huán)或者開環(huán)控制策略的系統(tǒng)，并對5相(多相)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)功率管開路故障的在線檢測具有指導(dǎo)意義。(1)成本低，本發(fā)明適用于任何采用矢量控制策略的系統(tǒng)中，不需要額外的電壓傳感器；也適用于三相電機(jī)電流開環(huán)控制系統(tǒng)中逆變器功率管開路故障診斷；(2)檢測精度高，速度快，實(shí)時性高。本發(fā)明能夠?qū)崟r準(zhǔn)確的檢測變頻器中任意單管或者雙管開路故障和二次故障；(3)魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng)。電機(jī)啟動、變速、突加或者突減負(fù)載等動態(tài)過程不會對本發(fā)明的故障診斷結(jié)果產(chǎn)生消極影響；且該方案對電機(jī)內(nèi)部參數(shù)不敏感，抗噪聲能力強(qiáng)；(4)實(shí)現(xiàn)簡單，本發(fā)明可以作為一個子程序嵌入到控制程序中，不影響也無需修改控制程序。附圖說明圖1為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中逆變器功率管開路故障實(shí)時檢測方法中的逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖2為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中逆變器功率管開路故障實(shí)時檢測方法的流程圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。圖1所示為本發(fā)明中帶故障診斷模塊的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)三相電壓源逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，忽略功率管(IGBT)的非線性工作曲線，在健康或者故障狀態(tài)下，6個功率管T1～T6全部或者部分在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上存在對稱性，其中Ud是直流側(cè)電壓，C1、C2是直流鏈電容，D1、D2、D3、D4、D5、D6分別為各功率管附帶的二極管，ia、ib、ic為三相輸出電流。傳統(tǒng)的控制模塊包括矢量控制系統(tǒng)與PWM驅(qū)動信號，新增加的故障診斷模塊包括數(shù)據(jù)重構(gòu)、相關(guān)性函數(shù)以及故障診斷。圖2所示為本發(fā)明具體的實(shí)施流程圖，包含如下步驟：步驟1、根據(jù)滑動窗口計(jì)算公式求取滑動窗口的寬度L，其具體的計(jì)算公式為其中，T表示電網(wǎng)的供電周期，Ts表示電流環(huán)的采樣周期，n表示電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，p表示電機(jī)的極對數(shù)，滑動窗口的寬度L在數(shù)值上等于供電周期內(nèi)的電流采樣次數(shù)。步驟2、設(shè)計(jì)三相電流矢量，重構(gòu)三相電流矢量數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)三相電流矢量，重構(gòu)電流矢量的數(shù)據(jù)使得其同相位。首先，將一個周期內(nèi)的采樣點(diǎn)儲存在矢量Ia,Ib,Ic中，其維數(shù)為L，在每一個電流采樣瞬間k,電流矢量Ia,Ib,Ic拋棄最末的一個采樣點(diǎn)Ia(1),Ib(1),Ic(1)，然后將剩余采樣點(diǎn)在矢量中左移一位，同時將最新的采樣點(diǎn)加入Ia,Ib,Ic,記為Ia(L),Ib(L),Ic(L)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時在線更新。然后，在每一個電流采樣瞬間，對電流矢量進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，如公式(1)所示。Da=IaDb=[Ib[1/3L:L],Ib[1:1/3L-1]]Dc=[Ic[2/3L:L],Ic[1:2/3/L-1]]\*MERGEFORMAT---(1)]]>式中，Ib(1/3L:L)代表一段電流采樣點(diǎn)，從位置1/3L開始，以位置L結(jié)束。步驟3、故障特征量提?。哼@里設(shè)計(jì)兩個特征量函數(shù)用于故障診斷與定位，故障特征量一：電流矢量平均值，如下公式(2)所示：Sm=Σi=1LDm(i)Lm=a,b,c\*MERGEFORMAT---(2)]]>故障特征量二：任意兩相電流的相關(guān)系數(shù)，如下公式(3)所示：Xmm=Σi=1L|(Dm-Sm)(Dn-Sn)|(Σi=1L(Dm-Sm)2)(Σi=1L(Dn-Sn)2)(m,n=a,b,c;m≠n)\*MERGEFORMAT---(3)]]>步驟4、根據(jù)設(shè)計(jì)的故障特征量進(jìn)行故障診斷，如表1所示，故障診斷包括故障檢測與故障定位兩個環(huán)節(jié)。當(dāng)且僅當(dāng)任意兩相重構(gòu)后的電流矢量相關(guān)性函數(shù)值近似相等且為1的時候，系統(tǒng)處于健康狀態(tài)，無故障發(fā)生。否則，系統(tǒng)檢測出故障，給予故障報警。在系統(tǒng)檢測出故障的情況下，根據(jù)任意兩相重構(gòu)后的電流矢量相關(guān)性函數(shù)值與電流矢量平均值定位故障類型。如表1所示。若B相與C相的相關(guān)性函數(shù)Xbc≈1，且另外兩個相關(guān)性函數(shù)Xab＝1,Xac＝1,Xab≈Xac，則故障發(fā)生在A相，若A相電流平均值Sa＜0，則故障定位為T1管，若A相電流平均值Sa＞0，則故障定位為T2管，若A相電流平均值Sa＝0，則故障定位為T1T2管。表1本發(fā)明能夠?qū)崟r檢測出任意三相驅(qū)動系統(tǒng)單管故障與同橋臂雙管故障的開路故障的情況，并可以精確定位故障功率管。本發(fā)明適用于同步電機(jī)、異步電機(jī)電流閉環(huán)或者開環(huán)控制策略的系統(tǒng)，并對5相(多相)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)功率管開路故障的在線檢測具有指導(dǎo)意義。本發(fā)明適用于任何采用矢量控制策略的系統(tǒng)中，不需要額外的電壓傳感器；也適用于三相電機(jī)電流開環(huán)控制系統(tǒng)中逆變器功率管開路故障診斷；檢測精度高，速度快，實(shí)時性高。本發(fā)明能夠?qū)崟r準(zhǔn)確的檢測變頻器中任意單管或者雙管開路故障和二次故障，魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng)。電機(jī)啟動、變速、突加或者突減負(fù)載等動態(tài)過程不會對本發(fā)明的故障診斷結(jié)果產(chǎn)生消極影響；且該方案對電機(jī)內(nèi)部參數(shù)不敏感，抗噪聲能力強(qiáng)；實(shí)現(xiàn)簡單，本發(fā)明可以作為一個子程序嵌入到控制程序中，不影響也無需修改控制程序。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3