故障診斷及容錯控制研究

1、速度傳感器、電流傳感器、逆變器、時間延遲等故障診斷和容錯控制研究筆記在電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)中，因系統(tǒng)噪聲、傳感器自身工作特性以及安裝接觸不良等因素的影響，速度傳感器極易處于異常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)，若此時電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)接受速度傳感器提供的錯誤采集信息,必將引起電機驅(qū)動系統(tǒng)性能的下降，嚴重時可能導(dǎo)致系統(tǒng)停車并危及駕駛員人身安全。電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)傳感器進行在線故障診斷，并輸出相應(yīng)的故障診斷信號。為了保證電動汽車的駕駛性能并且避免駕駛?cè)藛T人身安全受到威脅，在診斷出傳感器發(fā)生故障后，容錯策略將結(jié)合當前系統(tǒng)可利用信息，選擇合適的控制方式，重構(gòu)轉(zhuǎn)矩控制策略，在傳感器故障狀態(tài)下最大限度發(fā)揮電動汽車電

2、機驅(qū)動系統(tǒng),避免意外發(fā)生。1、電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)能否對電機當前轉(zhuǎn)速進行精確的檢測是實現(xiàn)矢量控制算法高性能的關(guān)鍵，錯誤的電機轉(zhuǎn)速信息傳遞進入矢量控制算法時，會明顯降低電機驅(qū)動系統(tǒng)的性能，甚至導(dǎo)致意外狀況的發(fā)生。為此，當速度傳感器發(fā)生故障時，容錯策略要求電機控制方式采用無速度傳感器矢量控制策略，該控制策略根據(jù)電機驅(qū)動系統(tǒng)電流傳感器的有效信息，基于模型自適應(yīng)的相關(guān)理論，實現(xiàn)具有較強魯棒性能的間接磁場定向矢量控制，進而在電機驅(qū)動系統(tǒng)速度傳感器出現(xiàn)故障時保證電動汽車性能。在電機驅(qū)動系統(tǒng)運行中，需要對RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷輸出信號進行實時監(jiān)控，容錯策略一旦接收到速度傳感器故障診斷信號，還需要將電動汽車切

3、換到無速度傳感器矢量控制模式下，并保證切換的平滑。2、電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)電流傳感器輸出值的精準度很大程度上影響了矢量控制閉環(huán)系統(tǒng)的性能。在檢測到電流傳感器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)需要放棄其輸出的故障值，從冗余信息獲得正確的信息。在單相電流傳感器處于故障狀態(tài)時，系統(tǒng)利用冗余信息仍使用矢量控制方法，在多相電流傳感器處于故障狀態(tài)時，系統(tǒng)將使用開環(huán)恒壓頻比控制，擺脫對電流傳感器的依賴，最大限度地保證電機驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩輸出性能。具有傳感器容錯策略的電機驅(qū)動系統(tǒng)原理圖如下圖所示：由下圖可見，傳感器容錯策略根據(jù)電流傳感器故障診斷模塊和RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器的故障診斷信號，對交流感應(yīng)電機的控制模式進行選擇，以維持

4、電機的輸出性能，并且為了保證控制模式切換不會產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)矩沖擊電流，容錯策略還包括平滑切換控制模塊以實現(xiàn)切換過程的平滑。速度傳感器故障診斷通過RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測電機轉(zhuǎn)速并對速度傳感器進行故障診斷，容錯策略的控制策略切換環(huán)節(jié)接收RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器的故障診斷信號。當RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器未檢測到速度傳感器發(fā)生故障時，電機驅(qū)動系統(tǒng)采用矢量控制算法對感應(yīng)電機進行控制；反之當控制策略環(huán)節(jié)接收到RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器發(fā)出的故障信號時，容錯策略將感應(yīng)電機控制算法切換到無速度傳感器矢量控制，并通過平滑切換控制模塊避免產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)矩沖擊電流。A故咸請浙電流傳感器故障診斷模塊接收感應(yīng)電機的三相電流信號進行故障診

5、斷，再將容錯建略無謔惹聘感就忙忡；恒丘越比押制平旳切按揑速度傳蜩電如輩*-總跪寸Q搐應(yīng)電機切按壞節(jié)?v、1變頻睜故障診斷結(jié)果傳遞至控制策略切換環(huán)節(jié)，在電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)三相電流傳感器都正常工作時，控制策略切換環(huán)節(jié)使用三相電流傳感器采集的實測值進行矢量控制，在某相電流傳感器出現(xiàn)故障時系統(tǒng)利用冗余信息進行矢量控制，在多相電流傳感器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)使用恒壓頻比的控制方法對電機進行控制。在矢量控制與恒壓頻比的切換過程中，系統(tǒng)還將通過平滑切換控制模塊減小電機沖擊轉(zhuǎn)矩電流，以保證電動汽車的安全性。矢量控制算法與無速度矢量控制算法的原理基本相同，矢量控制算法是通過速度傳感器采集的實測值對電機進行控制，而無

6、速度矢量控制是通過速度估計模塊獲得估計值對電機進行控制。因此矢量控制至無速度傳感器矢量控制的平滑性與速度實測值與估計值的切換有很大關(guān)系。（當估計值能夠很好地跟隨實測值時，此時，可以實現(xiàn)平滑切換！)電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)傳感器故障診斷及容錯控制還須在以下幾方面深入和完善：1)無速度傳感器矢量控制算法在電機轉(zhuǎn)速較低時對轉(zhuǎn)速的辨識精度有限，影響了低速時的容錯效果，應(yīng)該在提升電機轉(zhuǎn)速辨識精度方面做進一步研究。2)對電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)多相電流傳感器故障的診斷方法較為單一，可以嘗試更加有效的方法對多相電流傳感器故障進行診斷。還有，基于RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法，寫的非常好，可參考學(xué)習(xí)！以上內(nèi)容參考自

7、王權(quán)的碩士學(xué)位論文電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)傳感器故障診斷及容錯研究。逆變器故障將導(dǎo)致故障相電流出現(xiàn)斷續(xù),導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)矩波動,造成電機堵轉(zhuǎn)或在某些位置時無法正常起動。對故障診斷方法的要求：由于電機驅(qū)動系統(tǒng)在控制策略!應(yīng)用場合等方面的差異性,對于故障診方法很難給出具體的指標要求"但為了防止二次故障導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰!減小診斷成本和復(fù)雜性,診斷方法應(yīng)滿足如下要求:(1) 盡可能短的診斷時間"在某些運行狀況(如滿載!頻繁起停等)下,逆變器的故障狀態(tài)往往存在時間很短,便會引起電機驅(qū)動系統(tǒng)的停機,造成容錯控制策略來不及實施"因此,診斷時間的長短關(guān)系到容錯控制策略執(zhí)行的成功與否"

8、；(2) 不增加額外傳感器"額外的傳感器不僅增加系統(tǒng)體積!成本和復(fù)雜性,而且會因傳感器自身存在的故障風(fēng)險而降低整個系統(tǒng)的可靠性,因此要求故障診斷中應(yīng)避免引入額外的傳感器"；(3) 對負載擾動不敏感或獨立于負載"電機驅(qū)動系統(tǒng)往往工作于復(fù)雜的工況下,如負載的擾動將帶來系統(tǒng)電壓或電流的突然變化!輕載時電流易受測量誤差和噪聲的影響等,它們對故障診斷算法都是很大的考驗,如果處理不好將導(dǎo)致誤診斷"因此,診斷算法應(yīng)能夠適應(yīng)負載的變化,在各種負載條件下都能具有良好的診斷性能"；(4) 不受控制器的影響且具有較小的計算負擔"控制器執(zhí)行一定的控制算法來保證電機的高性能運行,然而這些算法尤其是閉環(huán)控制算法對于故障診斷來說是一種強烈的擾動,故障時系統(tǒng)控制算法的修正作用將導(dǎo)致電壓和電流的畸變,從而影響到診斷算法"故障診斷方法應(yīng)能克服控制算法的影響,保持良好診斷性能"同時,為了減小系統(tǒng)的復(fù)雜性!獲得