[发明专利]一种永磁同步电机控制系统的测角故障诊断与控制方法

说明书

本发明提供了一种永磁同步电机控制系统的测角故障诊断与控制方法，属于机电检测技术领域。该方法包括如下步骤：(1)、正常模式，根据电机转速测量值对测角元件进行实时故障检测，出现故障达到一定次数时，将工作模式切换为预估模式，否则，对电机进行转速和电流双闭环控制，驱动电机旋转；(2)、预估模式下，对电机进行单电流闭环控制，产生旋转的电机定子磁场，驱动电机按照预设的速度旋转；满足故障恢复判据，则将测角元件出现故障的次数清零，将工作模式切换到正常模式；否则，将工作模式切换为故障模式；(3)、故障模式，对电机进行单电流闭环控制，产生恒定的电机定子磁场，驱动电机锁定在预设的角度位置。

技术领域

本发明涉及一种角度检测故障的实时诊断与预估控制方法，适用于基于永磁同步电机的机电类产品在发生瞬时角度值检测故障的情况下，可实现故障的实时诊断与预估控制策略，保证产品在发生瞬时故障情况下的安全控制，属于机电检测技术领域。

背景技术

在航天领域中，控制力矩陀螺对于卫星的姿态稳定性与姿态控制精度起着重要的作用。而在控制力矩陀螺产品中，低速框架电机的转速控制性能对于产品的工作性能都具有非常重要的影响。角度检测的测量值作为引入电机闭环控制系统的反馈量，其正确性与精确度将直接影响低速框架电机闭环控制系统的稳定性和可靠性。

在电机闭环控制过程中，框架角度检测若发生瞬时错误(例如由导电滑环瞬断等原因所致)，可能导致闭环控制发生波动甚至闭环控制失控导致电机飞转等严重问题从而产生非预期的力矩输出进而威胁到整星姿态控制。因此需要对框架角度检测正确性进行判断，若判断出框架角度检测发生错误，则需要制定相应的保护处理策略防止框架因角度检测错误导致的失控或“飞转”事故。

CN102818579A公开了一种针对控制力矩陀螺产品角度检测准确性的判断方法，包括采用安全模式对角度检测错误的判据以及控制方法。然而该方法是一旦判断出转速或角度检测错误，产品立即进入安全模式，实现框架电机电流锁定，高速电机滑行的状态，且不响应上位机控制指令，不会自动退出安全模式。对于偶发性的瞬时角度检测错误情况，执行安全模式操作既影响卫星在轨执行机动任务，同时加大了地面飞控人员工作难度和工作量。而该专利并没有公开可以在角度检测错误的情况下实现转速预估的控制方法。

US20060055259A1公开了一种磁轴承转子位置控制的容错技术，包括采用一个方向设置6个传感器探头(3对)，该专利中利用所有备份的传感器探头输出全部采样方法实现传感器的容错控制。而该专利并没有公开针对无位置传感器的容错控制算法。

CN104393815A公开了一种基于复合估计转速的永磁同步电机容错控制方案，包括采用低速和高速两个转速估计模块，但该专利提供的方法不支持在高转速和低转速频繁切换的应用条件。此外，该方法需要加入高频注入模块，因而需要增加额外的高频检测电路。

“A sensorless initial rotor position estimation scheme for a directtorque controlled interior permanent magnet synchronous motor drive”(IEEETRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS VOL.18,NO.6,2003)公开了一种基于永磁同步电机的无位置传感器控制方案，包括了自适应方法(MRAS) 和高频注入法相结合的方法。然而该文章公开的方法需要额外加入高频信号注入和高频信号检测的电路模块，增加了电路的复杂性。

“Study of position sensorless control of PMSM based on MRAS”(ICIT2009)公开了一种基于永磁同步电机的模型参考自适应法，包括自适应方法以及控制方法。然而该方法依赖于反电动势，该方法只是适用于高转速，不适用于低转速控制。

发明内容