[发明专利]矩阵变换器电机驱动系统的故障诊断方法

说明书

本发明提供了一种矩阵变换器电机驱动系统的故障诊断方法，基于模型预测控制，包括：矩阵变换器驱动永磁同步的电机系统，建立正常工况下和故障情况下的输出电压和输出电流期望的关系模型；根据故障后的模型，通过获得故障后的下一采样周期的输出电流预测值和前一周期的差值，得出两种不同故障的辨识条件；如果辨识为驱动系统的开关开路故障，利用电机模型得到输出线电压的估计值，进而定义残差和阈值，根据有限集模型预测控制的矩阵变换器在一个采样周期的开关状态是已知和固定的特点，在故障发生后的一个采样周期内就可以快速诊断和定位开关开路故障位置；如果辨识为电流传感器故障，将其与输出相电流传感器的实际值进行比较，进而诊断出故障。

技术领域

本发明涉及开关开路故障诊断领域，特别涉及一种矩阵变换器电机驱动系统的故障诊断方法。

背景技术

矩阵变换器(Matrix converter,MC)具有低谐波畸变率、高效率和高功率密度等优良特性，在电机驱动领域具有广阔的应用前景。然而，矩阵变换器的电气故障严重威胁电机驱动系统的安全运行。因此，快速、可靠的故障诊断对于提高系统可靠性，避免电气运行事故的发生具有重要意义。

根据测量的不同可将开路诊断的方法分为两类:电流法和电压法。在电流测量的方法中常用的有平均电流法、斜率法和基于电流观测器的方法。此外，还提出了基于小波变换的方法来检测电压源型逆变器开关开路故障的方法。与电流法相比，早期，许多的基于电压测量的方法通常需要增加额外的电压传感器。近年来基于误差电压的故障诊断方法较为常见，它从系统分析模型中估计实际的线电压，利用参考值与估计值之间的残差来检测和定位故障开关。这两种方法都高度依赖于模型参数，影响诊断系统的鲁棒性。

传感器作为电机驱动系统的关键信号采集模块，其故障诊断至关重要。针对永磁同步电机的输出电流传感器故障，通常利用观测器估计输出相电流值，通过比较估计值和实测值定位故障传感器的位置。

发明内容

本发明提供了一种矩阵变换器电机驱动系统的故障诊断方法，其目的是为了提高诊断系统灵敏度和可靠性。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种矩阵变换器电机驱动系统的故障诊断方法，基于模型预测控制，包括：

步骤1，建立矩阵变换器各相输出电压和电流的模型，所述模型包括矩阵变换器驱动永磁同步电机正常工作情况和故障情况；

步骤2，计算比较所述故障情况前后的模型，得出开关开路故障和电流传感器故障的特征，并辨识所述特征为开关开路故障或电流传感器故障；

步骤3，若所述特征为开关开路故障，则定义三相输出线电压的残差，根据永磁同步电机的等效模型，通过开关状态和前一周期的采样值，预测当前状态的线电压；

步骤4，比较线电压的估计值与参考值，关联故障输出相的残差将超过预先设定的阈值，关联两个正常输出相的残差将保持在一个较低的值，此特征可以判断故障相位；

步骤5，若所述特征为电流传感器故障，则利用有限集模型预测控制的特征，在一个采样周期的开关状态是已知和固定的，通过已知故障相和已知当前状态的开关位置，诊断出故障开关具体位置；

步骤6，将输出相电流估计值与实测值形成残差，当残差大于一定阈值时，进而判断哪一相的电流传感器发生故障。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明的上述实施例所述的矩阵变换器电机驱动系统的故障诊断方法基于模型预测控制，充分利用了有限集模型预测控制中一个采样周期内的开关状态不变的特性，提出一种鲁棒、快速的开关开路故障诊断方法，简单易用，且不需要增加额外传感器考，虑参数变化和噪声的影响，合理的使用阈值来降低误报率，且本方法提供的不同故障设备的辨识方法，针对不同的故障设备，可以进行辨识，避免了故障设备之间耦合而无法分辨的情况。本发明可以及时诊断出矩阵变换器开关开路故障的位置及电流传感器的故障位置，保障系统可靠运行。