基于自适应滑模观测器的新能源汽车驱动系统电流传感器微小故障诊断EI北大核心CSCD

为及时准确地检测出新能源汽车永磁同步电机驱动系统电流传感器微小故障,该文提出一种基于自适应滑模观测器的微小故障诊断方法。该方法首先构建含有电流传感器微小故障的驱动系统混合逻辑动态模型,其次利用状态增广和非奇异坐标变换对电流传感器微小故障进行故障重构,然后设计收敛速度快且能够抑制高频抖振的自适应滑模观测器以精确估计系统重构状态,最后采用系统重构状态实际值与观测值残差作为检测变量并利用范数设计自适应阈值。该文提出的方法不仅能诊断微小故障和显著故障,而且可以检测从微小故障演变为显著故障乃至失灵的整个过程,准确性高、鲁棒性强。实验结果验证了所提诊断方法的准确性和鲁棒性。     

基于改进SMO的风机降阶系统速度传感器故障检测

针对风力发电机常见的速度传感器故障,建立了传动系统的降阶模型,提出了改进滑模观测器的故障检测方法。采用饱和函数削弱抖振对滑模动态的影响,并将发电机转速测量差值引入滑模输入信号的设计中,使滑模增益自动调节,同时利用线性矩阵不等式可行性问题设计反馈矩阵。通过对比观测器输出值计算残差估计值,结合极大似然比确定的阈值,实现系统故障的有效检测。仿真结果证明,所提出的方法能有效地检测出风力发电机速度传感器故障。     

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开路故障诊断

为提高中点钳位型（NPC）三电平并网逆变器故障诊断的准确性和鲁棒性,该文针对其开关管单管和双管故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开路故障诊断方法。该方法首先建立逆变器在正常状态和开关管故障状态下的混合逻辑动态模型;其次设计收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值;然后利用实际系统和观测器的输出电流提出基于电流形态因子的故障检测方法;最后根据电流残差来构造故障定位变量进行故障定位。在此基础上,通过建立前次故障状态的自适应滑模观测器实现双开关管开路故障诊断。该文提出的方法能够同时实现单管和双管开路故障诊断,诊断速度快、鲁棒性强,且避免增加额外传感器。实验结果验证了该文所提诊断方法的鲁棒性和有效性。     

永磁同步电机传感器故障诊断及容错控制

针对三相永磁同步电机驱动系统中的位置/速度传感器和电流传感器开路故障问题,提出基于滑模观测器的故障检测与系统容错方法。通过建立系统的滑模观测器模型,获得系统输出电流与速度信号的预测值,利用预测值与系统实际输出值的残差分析并检测系统的传感器故障,在故障被检测的情况下,针对电流传感器,提出了一种V/f控制算法以实现故障情况下系统的平滑切换;针对位置/速度传感器,提出一种反电动势直接计算法以实现故障情况下系统的平滑切换,实验结果表明:所提出的算法能够在线检测故障并实现故障前后系统平滑切换与容错控制。     

基于滑模观测器的MMC IGBT开路故障诊断

为了提高模块化多电平变换器(MMC)系统的可靠性,提出了一种基于滑模观测器的MMC子模块(SM)开路故障诊断方法.首先根据MMC的运行原理设计了滑模观测器.再利用观测器估计的输出与传感器测量的输出构造残差信号,通过对残差信号的分析实现子模块开路故障的检测.然后根据故障子模块输出电压特性确定故障位置.最终,在MATLAB/Simulink中搭建单相MMC仿真模型,模拟其中的一个子模块的IGBT发生开路并进行故障诊断.结果表明提出故障诊断方法的正确性.     

基于自适应观测器的燃气轮机控制系统传感器故障容错控制

对传感器故障实施容错控制是提高燃气轮机运行安全可靠性的重要措施。针对传统基于状态观测器的故障容错控制模型依赖度高,模型失配后容错效果差,不适应燃气轮机快速变负荷运行的问题,该文设计基于自适应观测器的燃气轮机控制系统传感器故障容错控制系统(faulttolerant control system,FTCS),包括故障检测单元、自适应观测器单元与无扰单元三部分,可以实现传感器故障检测、故障后的信号重构与无扰切换。分别利用FTCS与传统的状态观测器对燃气轮机控制系统的燃料量、压气机进口导叶开度和功率传感器故障进行容错控制。仿真结果表明,所设计的FTCS可以提高模型失配时故障传感器信号的重构准确性,在传感器故障后能维持控制系统稳定,具有良好的容错控制性能。     

基于自适应观测器的鲁棒失磁故障检测方法

针对永磁同步电机存在失磁问题,提出了一种基于自适应状态观测器的失磁故障实时检测方法。首先,通过选择磁场同步旋转坐标系下定子电流为状态变量,建立了嵌入式永磁同步电机失磁故障的数学模型。然后,针对电机参数变化而导致传统滑模观测器无法准确检测失磁故障问题,提出将模型参考自适应与滑模变结构控制相结合的方法,设计了自适应滑模观测器,借助Lyapunov稳定性理论证明观测器的稳定性,推导出待辨识参数的自适应律,依据滑模变结构等值控制原理,建立了估计永磁体磁链算式。最后,通过仿真验证,证明了所提方法的可行性和有效性。     

一种检测永磁同步电机失磁的级联观测器

针对永磁同步电机存在失磁问题,提出了一种基于级联自适应滑模观测器的失磁故障实时检测方法。首先,针对定子电阻发生时变变化而导致传统自适应观测器无法准确检测失磁故障问题,提出将改进型自适应与滑模变结构控制相结合的方法,设计了级联自适应滑模观测器,并给出了定子电阻的自适应估计算法。然后利用滑模变结构等值控制原理,建立估计永磁体磁链算式。最后,通过仿真以及实验验证,证明了所提方法的可行性和有效性。     

基于高阶滑模观测器的PMSM容错控制

针对电动汽车安全行驶问题,提出了一种基于高阶滑模观测器的电动汽车用永磁同步电机(PMSM)故障容错控制策略。基于PMSM模型,设计了一种高阶滑模观测器,并对观测器的有限时间收敛性进行了证明。然后基于转速传感器故障模型、高阶滑模观测器和重构策略设计了PMSM驱动系统的故障容错控制器。最后,基于小功率PMSM驱动系统试验平台开展了相关试验,试验结果验证了新型控制策略的有效性。     

永磁同步电机新型滑模观测器无传感器控制

为了减少永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)滑模观测器(sliding mode observer, SMO)无传感器控制策略的高频抖振,提出了一种基于模型参考自适应滑模观测器无传感器控制方法。通过扩展滑模观测器得到静止坐标系下的反电动势估计值,运用模型参考自适应的方法建立速度观测器获得转速估计值和新的反电动势,并将反电动势带入到改进型锁相环(phase-locked loop, PLL)中处理获取位置角。仿真和试验结果表明,与相比传统SMO的锁相环位置估算方法,显著减小滑模抖振分量,提高系统动态性能。     

基于自适应广义滑模观测器的风力发电系统故障重构

针对风力发电系统的状态估计和执行器故障重构问题,提出一种自适应广义滑模观测器。通过构建一个增广系统,使得执行器故障成为系统状态的一部分。设计广义滑模观测器对增广系统进行状态估计从而获得所需的故障信息。针对实际风力发电系统中故障上界未知的问题,设计一种自适应算法来估计故障信息的上界。以5 MW的风电机组为研究对象,在Matlab/Simulink平台下进行仿真,结果证明了所提方法能够准确地实现系统状态以及故障的估计。     

电动代步车鲁棒故障检测与容错控制

针对具有参数不确定性的电动代步车系统,提出一种基于区间自适应阈值和控制律重构策略的主动容错控制方法。首先,建立电动代步车系统的不确定性诊断键合图模型,并设计基于区间解析冗余关系的区间自适应阈值以提高参数不确定下的故障检测性能。其次,设计系统无故障情况下滑模控制律以实现代步车速度跟踪。接着,构建参数故障条件下的滑模控制律,利用极限学习机对滑模控制律中用来补偿未知参数故障的控制项进行实时估计,并利用故障检测结果进行控制律的实时切换。最后,通过实验结果分析,验证了基于区间自适应阈值的鲁棒故障检测方法有效性,以及参数故障下主动容错控制方法的可行性。     

基于反电动势的地铁牵引电机电流传感器故障检测与容错控制

针对地铁列车牵引系统电流传感器发生故障时给列车运行带来重大安全风险这一问题,提出了一种新型的故障监测 与容错控制算法。首先,利用三相异步电机的静态数学模型结合转子磁链与反电动势的特定关系设计了电流滑模观测器。 然后,将电流传感器的测量值与滑模观测器中的估计值进行比对并生成电流残差,通过修正的 Bayes分类算法对电流传感器 工作状态进行实时监测与定位。当故障发生时用观测器中的电流重构值代替故障值参与系统的控制。最后,利用仿真平台 MATLAB/Simulink 对其有效性进行验证并与另外3种典型的控制算法进行对比分析。研究结果表明,方案具有较高的精度 和较强的鲁棒性,在对三相电流重构方面优于对比方案,其系统综合误差减小了24.2%,具有更好的控制效果。     

基于滑模故障观测器的风能转换系统双频环最优容错控制

为提高风能转换系统在复杂恶劣的环境下正常运行的能力,针对未知故障,设计了基于滑模故障观测器的最优客错控制器.根据风速的多时间尺度特性,建立风能转换系统非线性机理模型.考虑传感器故障,建立风能转换系统的变桨距双频环模型.低频环采用PI稳态优化控制方法,高频环利用滑模故障观测器对未知故障和系统状态进行检测,采用最优容错控制...     

基于旋转坐标系IPMSM的容错控制策略研究

针对内置式永磁同步电机(IPMSM),当以旋转变压器为位置传感器发生严重故障时,提出了一种故障诊断及容错的方案。采用了基于旋转坐标系的改进滑模观测器算法和TypeⅡ型跟踪环路转子位置和角速度提取算法,用于IPMSNM的转子位置和角速度的估算。利用估算数据分析并检测位置传感器是否出现故障,并采用加权算法实现故障情况下系统的平滑切换。通过搭建MATLAB/Simulink仿真模型对设计的方案进行验证,输出的结果显示了此方案具有较好的容错控制效果,说明了提出的这个方案可行性和有效性。     

基于超螺旋滑模观测器的六相永磁同步电机失磁故障重构

针对六相永磁同步电机在复杂运行工况下永磁体容易发生失磁故障的问题,提出一种基于超螺旋算法的永磁体失磁故 障重构方法。 首先,利用矢量空间解耦坐标变换(VSD)进行降阶和解耦,构建了六相永磁同步电机失磁故障数学模型。 其次, 以定子电流为状态变量,设计基于超螺旋算法的滑模观测器(STA-SMO),根据滑模等值原理实现转子磁链的实时重构,并采用 一种类二次型 Lyapunov 函数证明了所设计 STA-SMO 的稳定性。 最后通过仿真与实验验证了该方法的有效性,与传统滑模观 测器(SMO)相比,所设计的 STA-SMO 准确地实现了对失磁故障的重构,有效抑制了抖振,且鲁棒性更强。     

基于状态观测器的感应电机速度传感器故障诊断及容错控制

速度传感器是感应电机矢量控制系统的重要组成部分,当其出现故障时会严重影响系统的性能。设计感应电机矢量控制系统,并在此基础上实现了基于状态观测器的感应电机速度传感器故障诊断及速度传感器发生故障后的容错控制。在速度传感器正常时,状态观测器工作在故障诊断方式下;速度传感器发生故障后,该状态观测器工作在速度估计方式下,系统由原带速度传感器矢量控制方式平滑切换到无速度传感器矢量控制,从而实现速度传感器的容错控制。该设计的有效性在dSPACE实验平台上得到了验证。