故障诊断及容错控制研究
- 格式：docx
- 大小：127.21 KB
- 文档页数：4
速度传感器、电流传感器、逆变器、时间延迟等故障诊断和容错控制研究笔记
在电动汽车电机驱动系统中，因系统噪声、传感器自身工作特性以及安装接
触不良等因素的影响，速度传感器极易处于异常工作状态和故障状态，若此时电动汽车电机驱动系统接受速度传感器提供的错误采集信息,必将引起电机驱动系
统性能的下降，严重时可能导致系统停车并危及驾驶员人身安全。
电动汽车电机驱动系统传感器进行在线故障诊断，并输出相应的故障诊断信号。为了保证电动汽车的驾驶性能并且避免驾驶人员人身安全受到威胁，在诊断出传感器发生故障后，容错策略将结合当前系统可利用信息，选择合适的控制方式，重构转矩控制策略，在传感器故障状态下最大限度发挥电动汽车电机驱动系统,避免意外发生。
1、电动汽车电机驱动系统能否对电机当前转速进行精确的检测是实现矢量控制算法高性能的关键，错误的电机转速信息传递进入矢量控制算法时，会明显降低电机驱动系统的性能，甚至导致意外状况的发生。为此，当速度传感器发生故障时，容错策略要求电机控制方式采用无速度传感器矢量控制策略，该控制策略根据电机驱动系统电流传感器的有效信息，基于模型自适应的相关理论，实现具有较强鲁棒性能的间接磁场定向矢量控制，进而在电机驱动系统速度传感器出现故障时保证电动汽车性能。在电机驱动系统运行中，需要对RBF神经网络故障诊断输出信号进行实时监控，容错策略一旦接收到速度传感器故障诊断信号，还需要将电动汽车切换到无速度传感器矢量控制模式下，并保证切换的平滑。
2、电动汽车电机驱动系统电流传感器输出值的精准度很大程度上影响了矢量控制闭环系统的性能。在检测到电流传感器出现故障时，系统需要放弃其输出的故障值，从冗余信息获得正确的信息。在单相电流传感器处于故障状态时，系统利用冗余信息仍使用矢量控制方法，在多相电流传感器处于故障状态时，系统将使用开环恒压频比控制，摆脱对电流传感器的依赖，最大限度地保证电机驱动系统的转矩输出性能。
具有传感器容错策略的电机驱动系统原理图如下图所示：
由下图可见，传感器容错策略根据电流传感器故障诊断模块和RBF人工神经网络预测器的故障诊断信号，对交流感应电机的控制模式进行选择，以维持电机的输出性能，并且为了保证控制模式切换不会产生过大的转矩冲击电流，容错策略还包括平滑切换控制模块以实现切换过程的平滑。
速度传感器故障诊断通过RBF人工神经网络预测电机转速并对速度传感器进行故障诊断，容错策略的控制策略切换环节接收RBF神经网络预测器的故障诊断信号。当RBF神经网络预测器未检测到速度传感器发生故障时，电机驱动系统采用矢量控制算法对感应电机进行控制；反之当控制策略环节接收到RBF神经网络预测器发出的故障信号时，容错策略将感应电机控制算法切换到无速度传感器矢量控制，并通过平滑切换控制模块避免产生过大的转矩冲击电流。
电流传感器故障诊断模块接收感应电机的三相电流信号进行故障诊断，再将故障诊断结果传递至控制策略切换环节，在电动汽车电机驱动系统三相电流传感器都正常工作时，控制策略切换环节使用三相电流传感器采集的实测值进行矢量控制，在某相电流传感器出现故障时系统利用冗余信息进行矢量控制，在多相电流传感器出现故障时，系统使用恒压频比的控制方法对电机进行控制。在矢量控制与恒压频比的切换过程中，系统还将通过平滑切换控制模块减小电机冲击转矩电流，以保证电动汽车的安全性。
矢量控制算法与无速度矢量控制算法的原理基本相同，矢量控制算法是通过速度传感器采集的实测值对电机进行控制，而无速度矢量控制是通过速度估计模块获得估计值对电机进行控制。因此矢量控制至无速度传感器矢量控制的平滑性与速度实测值与估计值的切换有很大关系。(当估计值能够很好地跟随实测值时，此时，可以实现平滑切换！)
电动汽车电机驱动系统传感器故障诊断及容错控制还须在以下几方面深入和完善：
1)无速度传感器矢量控制算法在电机转速较低时对转速的辨识精度有限，影响了低速时的容错效果，应该在提升电机转速辨识精度方面做进一步研究。
2)对电动汽车电机驱动系统多相电流传感器故障的诊断方法较为单一，可以尝试更加有效的方法对多相电流传感器故障进行诊断。
还有，基于RBF人工神经网络的故障诊断方法，写的非常好，可参考学习！
以上内容参考自王权的硕士学位论文——电动汽车电机驱动系统传感器故障诊断及容错研究。
逆变器故障将导致故障相电流出现断续,导致电机转矩波动,造成电机堵转或在某些位置时无法正常起动。
对故障诊断方法的要求：
由于电机驱动系统在控制策略!应用场合等方面的差异性,对于故障诊方法很难给出具体的指标要求"但为了防止二次故障导致系统崩溃!减小诊断成本和复杂性,诊断方法应满足如下要求:
(1)尽可能短的诊断时间"在某些运行状况(如满载!频繁起停等)下,逆变器的故障状态往往存在时间很短,便会引起电机驱动系统的停机,造成容错控制策略来不及实施"因此,诊断时间的长短关系到容错控制策略执行的成功与否"；
(2)不增加额外传感器"额外的传感器不仅增加系统体积!成本和复杂性,而且会因传感器自身存在的故障风险而降低整个系统的可靠性,因此要求故障诊断中应避免引入额外的传感器" ；
(3)对负载扰动不敏感或独立于负载"电机驱动系统往往工作于复杂的工况下,如负载的扰动将带来系统电压或电流的突然变化!轻载时电流易受测量误差和噪声的影响等,它们对故障诊断算法都是很大的考验,如果处理不好将导致误诊断"因此,诊断算法应能够适应负载的变化,在各种负载条件下都能具有良好的诊断性能" ；
(4)不受控制器的影响且具有较小的计算负担"控制器执行一定的控制算法来保证电机的高性能运行,然而这些算法尤其是闭环控制算法对于故障诊断来说是一种强烈的扰动,故障时系统控制算法的修正作用将导致电压和电流的畸变,从而影响到诊断算法"故障诊断方法应能克服控制算法的影响,保持良好诊断性能"同时,为了减小系统的复杂性!获得较短的诊断时间,故障诊断方法应具有较小的计算负担" ；
(5)较高的鲁棒性和可信度"由于工作温度!运行状况等不同,电机驱动系统中的器件参数!电机参数等将发生变化,故障诊断方法应抑制系统参数变化的影响,具有较高的鲁棒性和诊断结果的可信度"。
