基于傅里叶变换解耦的容错控制方法

在多相电机的容错控制中,对于通过多约束求解获得的较为复杂的非正弦型容错电流一般采用滞环控制方法进行容错控制。电压空间矢量控制相对滞环控制具有转矩脉动小、能量消耗小的优势,在多相电机的控制中更为普遍。为解决非正弦型容错电流不能直接解耦变换以适用于电压空间矢量控制的问题,引入傅里叶变换并将非正弦型容错电流分解为基波电流与三次谐波电流,实现非正弦型容错电流的解耦变换,基于此推导解耦变换矩阵,采用仿真分析的方法来验证处理方法的正确性。结果表明这种处理方法可以解决多相永磁同步电机开路容错控制下的非正弦型容错电流无法直接解耦变换导致的无法直接适用于电压空间矢量控制的问题,以实现降低转矩脉动、提高电机电流平稳性的目标。

基于ICEEMDAN与POA-SVM的感应电机故障诊断

针对感应电机定子电流故障特征提取困难,支持向量机(SVM)惩罚系数c和核函数参数g的选择对诊断结果影响较大等问题,提出一种改进自适应噪声平均总体经验模态分解(ICEEMDAN)与鹈鹕优化算法(POA)优化支持向量机(POA-SVM)相结合的感应电机故障诊断方法。首先,利用ICEEMDAN经陷波器滤除工频的定子电流获得一系列固有模态函数(IMF);然后,选取各状态信号的前7阶IMF分量并计算能量熵作为故障特征向量;最后,将故障特征向量输入POA-SVM模型得到诊断结果。通过仿真软件Ansoft/Maxwell建立电机模型来获得电流数据,诊断准确率达到了100%,实现了感应电机的故障诊断。为进一步验证诊断方法的优越性,搭建电机故障模拟试验台来采集电流信号,结果表明,该方法在空载、半载和满载3种负载情况下诊断准确率均可达到97.5%以上,与其他故障诊断方法相比,所提方法对感应电机电气故障具有更好的识别能力。

不同坐标系下六相PMSM单相开路容错MPC控制

目的目前六相永磁同步电机单相开路故障的模型预测容错控制的研究已逐步成为热点,本文将对α-β和d-q2种坐标系控制下的故障机理进行对比分析,并对比不同坐标系中下正常和故障容错运行模型的控制效果。方法基于矢量空间解耦坐标变换矩阵不变原理,对A相开路进行故障模型的理论计算分析,分别在α-β和d-q这2种不同坐标系中对其进行模型预测控制容错建模。最后在MATLAB/Simulink中对2种坐标系下的电机正常运行和故障容错运行中的工作性能采用相同电机参数进行实时仿真。结果仿真结果显示,正常运行时,2种坐标系下总谐波失真(THD)值分别为2.09%和2.77%;故障运行时,d-q坐标系下的THD值比α-β坐标系小了13.15%;容错运行时2种坐标系下的THD值分别为1.19%和1.79%。结论从仿真结果可以看出,d-q坐标系控制下的电机在故障时具有更稳定的性能,而在正常和容错运行状态下,2种坐标系下的控制效果几乎等效。

Application of direct torque control to electric screw presses for speeding up torque response and reducing starting current

Fast response and stable torque output are crucial to the performance of electric screw presses. This paper describes the design of a direct torque control (DTC) system for speeding up torque response and reducing the starting current of electric screw presses and its application to the J58K series of numerical control electric screw presses with a dual-motor drive. The DTC drive system encompasses speed control, torque reference control, and switching frequency control. Comparison of the DTC dual-AC induction motor drive with corresponding AC servo motor drive showed that for the J58K-315 electric screw press, the DTC drive system attains a higher maximum speed (786 r/min) within a shorter time (1.13 s) during a 250 mm stroke and undergoes smaller rise in temperature (42.0 °C) in the motor after running for 2 h at a 12 min-1 strike frequency than the AC servo motor drive does (751 r/min within 1.19 s, and 50.6 °C rise). Moreover, the DTC AC induction motor drive, with no need for a tachometer or position encoder to feed back the speed or position of the motor shaft, enjoys increased reliability in a strong-shock work environment.

五相PMSM相邻两相开路故障容错控制策略

相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)发生相邻两相开路故障会导致驱动系统不稳定运行,针对这种故障状况,提出一种基于空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation, SVPWM)技术的容错控制策略。首先构建永磁同步电机数学模型;进而为使机电能量实现平稳转换,重新构建降阶变换矩阵,得到故障后剩余相容错电流表达式;然后利用SVPWM技术,计算故障下空间电压矢量,建立6个扇区,进行目标矢量合成,进而计算相应基本合成电压矢量的作用时间,并给出对应扇区的空间电压矢量选择顺序;最后进行Matlab/Simulink仿真验证,仿真结果与理论计算一致,有效验证了所提SVPWM容错控制策略的正确性。利用该容错控制策略,五相永磁同步电机在故障状态下的运行性能得到明显改善,电机实现稳定运行。所提控制策略与传统电流滞环跟踪脉宽调制(pulse width modulation, PWM)控制方式对比分析,证明所提策略存在优越性。

双三相永磁同步电机缺相容错运行虚拟矢量间接修正方法及其在直接转矩控制中应用

正常双三相电机直接转矩控制运行需要对基本电压矢量进行修正,采用修正后的虚拟矢量进行直接转矩控制可以抑制谐波电流。双三相电机缺一相故障直接转矩控制时,需要对电压矢量重新进行修正。该文给出了双三相电机缺一相故障情况下的电压矢量分布,提出一种双三相电机缺一相运行时虚拟矢量的间接修正方法,并且使虚拟矢量的幅值达到最大。构建双三相电机缺一相容错直接转矩控制策略,其定子磁链分区和开关表的选取规则与双三相电机正常运行时一致,其差别只是缺一相运行时十二个虚拟矢量的幅值有所减少,因此比较易于实现。实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。

基于注意力机制改进的SAB异步电机故障诊断

由于电机结构及其运行环境复杂,导致各类故障与故障特征存在较强的非线性关系,单一信号信息含量有限,无法满足诊断需求。针对此问题,以电流、磁场信号为监测信号,提出基于注意力机制改进的支持向量机-自适应提升算法(SVM-AdaBoost,简称SAB)的故障诊断方法。首先,通过希尔伯特变换和快速傅里叶变换提取信号频域特征;其次,通过SAB分类器,对多源样本分别进行训练,获取各子分类器预测结果;最后,基于注意力机制调整权重矩阵参数,对电流、电磁信号进行信息融合,改进SAB分类器以提高故障诊断的准确率。研究结果表明:不同信号对各类故障的敏感程度不同;所提方法可以实现对转子断条故障、定子短路故障、轴承故障的诊断分类,与传统方法对比,该方法明显提高了故障诊断的鲁棒性和准确性。

六相直线感应电机模糊间接矢量控制

针对直线电机运行于复杂环境条件下,系统建模准确度不高,参数难以整定的问题,提出了一种适用于六相直线感应电机的模糊间接矢量控制方法;在同步旋转坐标系下对六相直线电机建模,并阐述了间接矢量控制的原理;将模糊控制算法应用于间接矢量控制中的速度环,根据位移和速度的偏差直接模糊调节给定电磁力,使得参数的整定不再依赖准确的系统模型,且参数调节更为简单;通过对隶属函数分区和采用中心法清晰化,减小了模糊控制算法的计算量,从而能够满足实时计算的要求;将所提算法在数字信号处理器(DSP)中实现,并在半实物仿真平台上验证,结果表明所提算法投入后,位移和速度误差减小都超过了65%,能够实现电机速度和位移的准确控制,且通用性好。

十五相感应电机建模与仿真分析

本文对十五相感应电机进行建模与仿真分析。首先,利用数学模型确定了十五相感应电机的仿真模型,并验证仿真模型的正确性,然后对十五相感应电机进行转子磁场定向矢量控制。并分析了在空载、负载、断路(单相断路、切断断路的整套绕组)状态下的十五相感应电机的电磁转矩和转速的变化。得出当某相绕组发生故障时,可以通过切断其所在的整套绕组来减少转矩脉动,增加效率。

基于降阶解耦的五相容错伺服电机驱动系统容错控制策略

为提高作战装备的统战性能和可靠性,电驱动系统在武器装备中起到越来越重要的作用,高可靠的电驱动武器装备成为各国力求突破的方向。针对导弹电动舵机因工作环境恶劣导致不可避免的电气故障、常常不能可靠稳定运行的问题,提出一种具备高可靠性的五相容错伺服电机(Permanent magnet fault-tolerant servo motor,PMFSM)伺服系统,为了维持有效定子磁动势不变,实现对故障模式下电机驱动系统的矢量控制策略,提出一套适用于单相开路故障下的Clark和Park变换矩阵。针对故障模式下绕组中性点位偏移对空间矢量脉宽调制(Space vector pulse width modulation,SVPWM)的影响,提出了一种电压补偿策略减弱中性点电位偏移对SVPWM的影响,通过仿真和试验验证所提的五相PMFSM驱动系统的容错控制策略可以使五相PMFSM在绕组单相开路故障下高可靠容错运行,使导弹电动舵机系统有更高的可靠性和更强的容错性。

基于MCSA和SVM的异步电机转子故障诊断

本文提出一种基于电机电流信号频谱分析和支持向量机的异步电机转子故障诊断方法,该方法可以利用支持向量机对电机电流频谱信号的特征信息和故障模式进行关联。对电机定子电流采样后,其信号经FFT变换后提取故障特征量作为支持向量机的输入,基于1对1算法构造了感应电机转子故障多类分类器。实验结果表明,该方法具有很好的分类和泛化能力,可以提高电机故障诊断的准确性。

十五相感应电机不对称缺相容错运行控制

缺相容错运行是多相电机重要优势之一。针对舰船十五相新型感应推进电机不对称缺相故障,在容错电流有效值不超过额定值的前提下,以输出转矩最大为目标,计算了容错电流并提出相应的容错控制策略。所提缺相容错控制采用与电机正常运行时相同的数学模型及解耦变换矩阵,无需重新计算电机参数,可以尽量少的改动容错控制策略。通过对一台45k W十五相感应电机不同缺相故障进行容错控制试验,验证了容错电流计算及控制方法的有效性。

基于骨干微粒群算法和支持向量机的电机转子断条故障诊断

为了准确识别感应电机转子断条故障,本文提出一种基于骨干微粒群算法和支持向量机的故障诊断新方法,并给出了可行的诊断步骤和分析。首先根据故障电流信号的特点,提出一种基于骨干微粒群算法的基波滤除方法,用以消除基波分量对故障特征的影响。然后利用小波包频带能量分解技术,将残余电流信号分解到不同频带,形成感应电机运行状态的特征向量,并以此作为支持向量机的输入向量。采用"一对一"向量机进行分类,并利用骨干微粒群算法和交叉检验优化支持向量机模型参数。最后实验结果表明,该方法诊断感应电机转子断条故障能取得良好的效果。

基于矢量控制思想的鼠笼式异步电动机故障在线监测与诊断方法

该文介绍了基于矢量控制思想的鼠笼式异步电动机状态监测与故障诊断方法的原理,并通过实验验证了该方法相对于其他电流监测方法所具有的更好的突出故障特征、准确分离复合故障的能力。基于该方法的故障诊断系统可与调速系统集成,适合于工业应用。

电机故障诊断支持向量机

基于数据的机器学习是现代智能技术中的重要方面。统计学习理论 (Statistical learning theory SL T)是研究小样本情况下机器学习规律的新理论。支持向量机 (Supportvector machine SVM)是在这一理论体系基础上发展起来的一种通用学习方法。SL T和 SVM正成为继神经网络研究之后新的研究热点。通过对鼠笼式异步电动机转子断条故障进行实验模拟 ,对实验获取的采样电流信号经 FFT分析 ,构造以低频到高频的频谱特性为分量的学习样本向量 ,通过支持向量机 SVM对故障电流样本的训练 ,使 SVM具有分类功能。最后 ,采用 SVM对电动机各种转子断条故障进行诊断分类 ,取得较满意的结果 ,说明支持向量机 SVM是进行故障诊断的一种新方法。

六相感应电机直接转矩及容错控制

针对传统直接转矩控制转矩脉动大的问题,在考虑六相感应电机自身特点及分析其缺相数学模型的基础上,提出了一种六相感应电机直接转矩及容错控制方法。首先,建立和分析电机正常及缺相时的数学模型,并确定空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)方案以减小电机定子电流谐波含量;然后,通过对电机转矩和磁链进行分析,为直接转矩控制提供理论依据;在此基础上,利用模糊推理和改变矢量作用时间占空比的方法,使得逆变器可以输出任意角度和幅值的电压矢量。实验结果表明,该控制方案下电机转矩响应迅速,并能很好地改善电机转矩脉动和定子电流波形。

利用骨干微粒群算法和SVM诊断电机定子故障

为了实现感应电机定子匝间短路故障的准确识别,提出一种基于骨干微粒群算法和支持向量机(support vector machine,SVM)的故障诊断方法。根据故障电流信号的特点,提出一种基于骨干微粒群算法的基波滤除方法,用以消除基波分量对故障特征提取的影响。然后利用小波包频带能量分解技术,将残余电流信号的故障特征谐波分解到不同频带,形成感应电机运行状态的特征向量,并以此作为SVM的输入向量。采用SVM进行分类,并利用骨干微粒群算法和交叉检验优化模型参数,避免参数选择的盲目性。实验结果表明,该方法不但可以有效滤除基波分量,突出故障特征,而且能够在小样本情况下准确辨识感应电机定子匝间短路故障。

五相永磁同步电机容错控制策略

针对多相电机驱动系统中常见的定子绕组开路故障,提出一种有效的容错电流控制策略。从矢量空间解耦的角度,推导出缺相故障状态下的坐标变换矩阵,建立了五相永磁同步电机(PMSM)在发生一相绕组开路故障时的解耦数学模型。根据同步旋转坐标系下的定子铜耗方程,通过对Z1-Z2子空间的电流设置不同的约束条件,得到相应的矢量控制方法。实验结果表明,该方法可以减小定子绕组开路故障引起的转矩脉动,使五相PMSM在故障状态下的运行性能得到明显改善,有效提高调速系统的可靠性能。

用矢量控制原理的异步电动机在线监测与故障诊断方法—原理分析

利用传动领域的矢量控制概念 ,将异步电动机的三相定子电流通过坐标变换 ,转换到同步旋转的 (M ,T)坐标系中 ,M轴的方向与转子磁链矢量的方向重合。在新坐标系中电流分量iM 为励磁分量 ,主要与定子外加电压的频率、大小及故障程度有关 ;iT 分量为转矩分量 ,主要与负载大小有关。对iM 分量进行频谱分析既可达到文献 [1]所证明的特征频率提取效果 ,还可避免波动性负载造成的误诊断。从总结的两种求取坐标转换角度的方案看出 ,该方法物理意义明确 ,适用于不进行速度调节的异步电动机。