牵引系统电流传感器故障诊断与容错控制

为实现牵引控制系统在电机电流传感器故障工况下的容错控制功能,提出了一种新的电流传感器故障诊断与容错控制算法。通过可变增益状态观测器模型实现电流值的实时估计并生成电流残差,利用CUSUM算法完成传感器故障进行实时检测与定位,并在传感器故障工况下用观测器估计值代替电流传感器信号实现牵引系统的容错控制。最后通过仿真验证了所提算法的有效性。     

基于FPGA的无刷直流电动机容错控制系统

针对霍尔传感器出现故障导致电机转速不稳定的问题,依据霍尔传感器控制原理,设计了无刷直流电动机容错控制系统,并提出了基于等时计数法的故障检测机制与基于无位置传感器系统的容错控制方法。通过仿真与测试平台实验验证,基于可编程门阵列(FPGA)的容错控制系统能够显著降低霍尔传感器故障对电机转速的影响,电机能够在霍尔传感器故障时能够正常稳定运行。     

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。     

霍尔传感器故障下的永磁无刷电机容错控制及其动态性能研究

该文针对霍尔位置传感器的故障,提出永磁无刷电机的容错控制方法,并研究了容错控制系统在动态过程中的性能。首先,分析霍尔传感器的故障情况,定义故障类型。分析各种故障对霍尔信号中的角度间隔和时间间隔的影响,提出针对霍尔故障的转子角度外插估计法。为减小角度预估的滞后,将外插估计法和电机的机械动态模型结合,提出能够克服霍尔故障的闭环角度观测器,以电磁转矩作为前馈信号,提高观测器的动态反应速度。为了完全消除估计角度的滞后现象,将霍尔信号变换为霍尔矢量,并对霍尔矢量进行了频谱分析和谐波消去,在此基础上提出了具有容错功能的霍尔矢量跟踪观测器。最后,通过仿真和实验验证了三种容错控制方法。实验结果表明,三种容错控制方法都能在故障情况下完成转子角度的估计,实现驱动系统的容错控制,而且霍尔矢量跟踪观测器有效地改善了容错控制系统的动态性能。     

基于滑模变结构控制的感应电机系统容错控制

速度传感器是感应电机控制系统中重要且脆弱的环节。提出了一种容错控制策略。利用滑模变结构控制理论建立滑模磁链观测器,基于等效控制原理,利用该观测器设计速度估计器重构转速。通过速度估计器对速度传感器进行状态监测。当传感器故障时,隔离传感器,利用估计转速作为系统的反馈,保证系统连续运行,从而实现速度传感器故障时对电机系统的容错控制。仿真验证了该方法的有效性。     

单相脉宽调制整流器传感器故障诊断与容错控制

单相脉宽调制(PWM)整流器通常采用网侧电流与直流侧电压双闭环控制系统结构,一旦其检测系统中的传感器发生故障,将导致反馈值出现偏差,影响系统的控制效果与运行安全。设计一种准确可靠的单相PWM整流器网侧电流与直流侧电压传感器故障诊断与容错控制方案。采用解析冗余的方法实现故障诊断,基于单、双极性两种调制方法的开关函数取值设计了系统滑模观测器与状态估计器;将传感器采集值与观测器估计值作差并归一化建立系统残差,故障诊断单元通过比较残差与阈值定位故障传感器并迅速采取容错控制策略,以观测器的估计值代替故障传感器的测量值实现控制系统重构。通过仿真与实验模拟了三种传感器故障,验证了所提出故障诊断与容错控制方案的有效性与可靠性。     

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。     

霍尔传感器故障下的永磁同步电机容错控制

在含有三相霍尔位置传感器的永磁同步电机(PMSM)控制系统中,针对PMSM中霍尔位置传感器的故障,导致转子位置估算不准确、电机无法正常驱动的问题,提出了一种PMSM多故障诊断与容错控制的算法。根据霍尔位置传感器输出位置信号,判断传感器故障类型。在传统平均速度算法估算转子位置的基础上,建立电流滑模观测器,通过锁相环提取转子位置。针对不同霍尔传感器故障状态,将平均速度算法与滑模观测结果加权输出。最后,通过实验验证了各相霍尔位置传感器故障下电机系统容错控制策略。实验结果表明,该策略能在各种霍尔故障情况下完成转子角度的估算,实现PMSM驱动系统中容错控制。     

基于BPNN的无轴承异步电机传感器故障诊断及容错控制

针对无轴承异步电机(bearinglessinductionmotor,BL-IM)速度传感器故障识别问题,提出一种基于反向传播神经网络(back propagation neural network,BPNN)的故障诊断控制策略。首先,选取BL-IM转矩、相电流等信号作为BPNN传感器故障诊断依据,并利用传感器在不同故障下的转矩等故障数据样本不断地对BPNN进行训练学习,提高故障诊断及故障分类的准确率。其次,利用分数阶模型参考自适应控制(fractional order model reference adaptive system,FO-MRAS)建立无速度传感器容错控制系统,完成故障系统到容错控制系统的切换,最终实现BL-IM在传感器故障下的正常运行。仿真和实验结果均表明,提出的BPNN故障诊断系统不仅能够实现空载以及带载运行时速度传感器故障的准确识别,并且容错控制系统能显著降低传感器故障对转速的影响,同时电机悬浮转子也具有较好的悬浮特性,提高了BL-IM的安全性和可靠性。     

容错控制及其在火电厂中的应用

控制系统中的传感器和执行器是经常出故障的部件,容错控制为提高控制系统可靠性提供了有效途径。综述了目前容错控制的主要方法及研究动向,并探讨了容错控制在电厂中的应用状况及其前景,提出了将系统的故障检测、诊断与系统的控制、容错有机结合的集成的控制系统设计思想。     

容错控制及其在火电厂中的应用

控制系统中的传感器和执行器是经常出故障的部件,容错控制为提高控制系统可靠性提供了有效途径。综述了目前容错控制的主要方法及研究动向,并探讨了容错控制在电厂中的应用状况及其前景,提出了将系统的故障检测、诊断与系统的控制、容错有机结构的集成的控制系统设计思想。     

容错逆变器PMSM无位置传感器控制系统

为了提高系统的可靠性,针对系统中的功率管和位置传感器等脆弱环节,提出一种容错逆变器-永磁同步电动机无位置控制系统结构.系统中的逆变器采用容错拓扑结构,由四开关实现逆变器器件开路故障后的容错运行;自适应滑模观测器用于估算电机转子位置和转速,实现永磁同步电动机的无位置传感器控制.为减少四开关逆变器的输出谐波,对其SVPWM控制策略进行研究分析.对故障前后运行状况进行对比,仿真和实验结果证明所提出系统能够实现功率管开路故障后的可靠运行.     

基于直接反馈线性化的非线性励磁控制的容错性研究

指出了以往的研究中在实现基于直接反馈线性化的非线性励磁控制的计算公式上的错误 ，并研究了反馈信号传感器故障给系统带来的影响，最后提出针对传感器故障的容错策略， 仿真表明效果良好。     

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。     

燃煤电厂协调控制系统故障诊断与容错控制应用研究

基于多模型自适应滤波技术和线性二次型最优控制提出了电厂锅炉汽机协调控制系统的故障诊断和容错控制方案。建立了包含协调控制系统正常和可能发生的各种故障模式的系统模型集，并根据系统模型集以及系统实时输入输出数据进行多模型自适应滤波，从而实现故障诊断；然后根据故障诊断结果以及针对每个模型设计的线性二次型最优基本控制器，实现控制律的在线重组和主动容错控制。最后将上述故障诊断和容错控制方法应用于某300MW燃煤电厂协调控制系统中，仿真结果表明算法的有效性。     

基于矢量旋转的永磁同步电机容错控制系统

永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统中电流传感器故障将导致整个系统无法正常工作。为实现电流传感器故障诊断及其容错控制,引入了基于矢量旋转的故障诊断方法,利用在不同轴定向的坐标系下定子电流分量,判断相电流传感器故障信息,然后通过基于α,β坐标系的逻辑判断机制选取恰当的反馈电流以重构系统。为避免该方案中反馈电流恒等于指令值,引入了一种电流估计算法,当故障发生时,保证电机能更加平稳地运行。基于Matlab/Simulink和dSPACE1007进行仿真和实验研究,证明了该容错控制方法的正确性和可靠性。     

某型航空发动机容错控制仿真研究

利用卡尔曼滤波器的优点,提出了航空发动机容错控制模型,它的核心部分就是卡尔曼滤波器,考虑了当某一传感器发生故障后,利用一簇卡尔曼滤波器对发生故障的传感器进行诊断并隔离,并依据剩余非故障传感器的信息对自适应模型进行重构。实例仿真表明航空发动机容错控制系统可以保证航空发动机在一定的性能指标下稳定运行,达到了容错控制的目的。     

基于NCAV和电路等效替换的PWM整流器容错控制系统

三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器因其具有可控的功率因数、网侧三相电流趋于正弦、直流侧电压稳定等优点,在电机控制、风力发电并网、柔性直流输电和微电网等领域得到广泛应用。为了提高三相PWM整流器可靠性,文中提出了一种PWM整流器容错控制系统,该系统结合了归一化电流平均值(normalised current average value,NCAV)故障检测法和基于电路等效替换的容错方法。该控制系统在功率开关管单管开路故障情况下能够实现故障检测和诊断,并进行快速的容错控制,从而减少单管开路故障对系统造成的影响,改善故障下三相电流波形,减小输出电压纹波,提升系统的整体性能和可靠性。通过仿真验证了该控制系统的有效性。     

基于坐标变换的永磁同步电机电流传感器容错控制

研究了在永磁同步电机矢量控制系统之下,电流传感器的故障诊断及容错控制。针对目前双电流传感器的矢量控制系统中可能出现的软故障,提出一种基于定子坐标变换的故障诊断及容错方法,通过控制器输出的电流值与实际反馈的电流值相比较,来判断故障类型并选择相应的容错方案。仿真结果表明:该方法能准确判断出一相或两相电流传感器故障,并选择相应的实际电流计算值来完成电流闭环控制,具有较高的可行性。     

风能转换系统随机建模与H_∞容错控制

针对带有传感器、执行器故障的风能转换系统(WECS)的建模与容错控制问题,提出了基于随机分段仿射(PWA)模型的建模方法和H∞容错控制方法。建立了风电机组多工作区域的随机PWA正常模型;针对WECS的桨距角传感器故障、功率测量传感器故障、桨距角执行器故障、电机电磁转矩执行器故障,建立风能转换系统的随机PWA故障模型;基于WECS系统的正常和故障的随机PWA模型,利用非线性耗散系统的稳定性理论与H∞鲁棒控制方法,提出并证明了WECS系统的H∞容错控制器存在性定理,给出控制器求解方法。仿真结果表明本文所提出的基于随机PWA模型的风能转换系统的H∞容错控制方法对于存在的传感器、执行器增益故障具有较好的容错控制性能。