本發(fā)明涉及電機故障識別，具體是涉及一種磁懸浮高速永磁同步電機故障識別及自適應保護方法。

背景技術：

1、磁懸浮軸承是一種轉(zhuǎn)子和定子之間無機械接觸的新型高性能軸承，其具有高轉(zhuǎn)速、高精度、功耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點。但隨著產(chǎn)品的迭代升級，對于電機整體運行的穩(wěn)定性、安全性等要求越來越高。隨著溫度、負載和磁飽和程度變化，磁懸浮永磁同步電機的定子電阻、電感和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值等參數(shù)值大小都會隨之而偏離常溫下設計值。對于定子繞組，溫度的上升會導致其電阻值變大，工作效率減小；而對于轉(zhuǎn)子永磁，溫度的上升會導致轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值下降，嚴重時會出現(xiàn)高溫失磁。當電機實際參數(shù)值相對于常溫下的設計參數(shù)值發(fā)生比較大變化時，會對所設計的控制系統(tǒng)性能造成很大影響，甚至會讓其無法工作。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，提供一種磁懸浮高速永磁同步電機故障識別及自適應保護方法，本技術方案目的在于目的在于克服電機溫升引起的參數(shù)發(fā)生較大變化，影響控制系統(tǒng)性能和增加磁懸浮軸承控制難度等問題。

2、為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

3、一種磁懸浮高速永磁同步電機故障識別及自適應保護方法，包括：

4、構建滿秩的參考可變模型；

5、采集磁懸浮高速永磁同步電機的電學參數(shù)，所述電學參數(shù)包括abc三相電壓、abc三相電流、交軸電壓、交軸電流、直軸電壓和直軸電流；

6、基于磁懸浮高速永磁同步電機的電學參數(shù)，通過滿秩的參考可變模型對磁懸浮高速永磁同步電機的電機參數(shù)進行辨識，得到磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)，所述磁懸浮高速永磁同步電機的電機參數(shù)包括：交軸電感、直軸電感、定子繞組電阻和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值；

7、基于磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)，通過磁懸浮軸承控制調(diào)整算法進行補償，抵消掉電機參數(shù)變化而產(chǎn)生的對磁懸浮軸承的控制誤差；

8、基于補償后的控制參數(shù)調(diào)控磁懸浮高速永磁同步電機的軸承-轉(zhuǎn)子動力學系統(tǒng)。

9、優(yōu)選的，所述構建滿秩的參考可變模型具體包括：

10、構建磁懸浮高速永磁同步電機在定子三相坐標系下的狀態(tài)方程；

11、構建磁懸浮高速永磁同步電機在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的交直軸轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標系上的狀態(tài)方程；

12、用popov超穩(wěn)定理論設計使磁懸浮高速永磁同步電機的電機參數(shù)收斂到電機參數(shù)的真實值的參考自適應系統(tǒng)；

13、所述定子三相坐標系下的狀態(tài)方程為：

14、其中，式中,為磁懸浮高速永磁同步電機abc三相電壓,為磁懸浮高速永磁同步電機abc三相電流,為電氣角速度,為電機的轉(zhuǎn)子位置角,r為定子繞組電阻,為自感；為互感,為轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值；

15、所述交直軸轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標系上的狀態(tài)方程為：

16、

17、式中，第k個采樣的直軸定子電壓，第k個采樣的直軸定子電流，第k個采樣的交軸定子電壓，第k個采樣的交軸定子電流，為直軸定子電感，為交軸定子電感，第k個采樣的電氣角速度。

18、優(yōu)選的，所述用popov超穩(wěn)定理論設計使磁懸浮高速永磁同步電機的電機參數(shù)收斂到電機參數(shù)的真實值的參考自適應系統(tǒng)具體包括：

19、將參考自適應系統(tǒng)等價為多變量非線性時變反饋系統(tǒng)；

20、所述多變量非線性時變反饋系統(tǒng)包括一個前向線性定常模塊和一個非線性時變的反饋模塊，所述前向線性定常模塊為：

21、其中， e為比較誤差，為e的一階導數(shù)，y為輸出向量，,,，為直軸定子電流、為交軸定子電流，為直軸定子電流估計值、為交軸定子電流估計值，,,為直軸定子電感，為交軸定子電感，r為定子繞組電阻，為電氣角速度，,,,為直軸定子電感估計值，為交軸定子電感估計值，為定子繞組電阻估計值，為電氣角速度，,,直軸定子電壓，交軸定子電壓，,為轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值，為轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值估計值，,為電氣角速度， d為線性補償矩陣；

22、讓非線性時變的反饋模塊滿足popov不等式；

23、即,分解得到第一不等式，第一不等式為：

24、其中，；第一不等式變形得到第二不等式，第二不等式為：

25、為非線性反饋的增益1，為非線性反饋的增益2,為非線性反饋的增益3；

26、第二不等式分解得到第三不等式組，所述第三不等式組為：

27、

28、則基于第三不等式組，可得到參考自適應系統(tǒng)的自適應律為：

29、

30、

31、

32、其中，為比例增益1，為比例增益2。

33、優(yōu)選的，所述磁懸浮軸承控制調(diào)整算法具體為：

34、獲取磁懸浮高速永磁同步電機工作過程中，電機參數(shù)的正常變化范圍；

35、在電機參數(shù)的正常變化范圍內(nèi)，采用網(wǎng)格搜索的方式生成若干組電機參數(shù)樣本組；

36、基于控制試驗確定每一組電機參數(shù)樣本組的最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)；

37、將電機參數(shù)樣本組與對應的最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)建立一一映射關系，并將所有電機參數(shù)樣本組及最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)組建為磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫；

38、將磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)于磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫中進行檢索匹配，獲取磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)對應的控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)。

39、優(yōu)選的，所述將磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)于磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫中進行檢索匹配，獲取磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)對應的控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)具體包括：

40、獲取磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫中電機參數(shù)樣本組中任一項電機參數(shù)均大于磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)，且與磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)綜合距離最接近的電機參數(shù)樣本組，記為第一電機參數(shù)樣本組；

41、獲取磁懸浮軸承控制調(diào)整數(shù)據(jù)庫中電機參數(shù)樣本組中任一項電機參數(shù)均小于磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)，且與磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)綜合距離最接近的電機參數(shù)樣本組，記為第二電機參數(shù)樣本組；

42、基于第一電機參數(shù)樣本組和第二電機參數(shù)樣本組，通過調(diào)控擬合公式確定控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)；

43、所述綜合距離的計算公式為：式中，為綜合距離，為電機參數(shù)樣本組中的電阻值，為電機參數(shù)樣本組中的交軸電感，為電機參數(shù)樣本組中的直軸電感，為電機參數(shù)樣本組中的轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值。

44、優(yōu)選的，所述調(diào)控擬合公式具體為：

45、式中，為控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)，為第二電機參數(shù)樣本組對應的最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)，為第一電機參數(shù)樣本組對應的最優(yōu)調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)，為第二電機參數(shù)樣本組與磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)的綜合距離，為第一電機參數(shù)樣本組與磁懸浮高速永磁同步電機的實時電機參數(shù)的綜合距離；

46、所述控制器調(diào)控調(diào)節(jié)參數(shù)至少包括：比例調(diào)節(jié)系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分系數(shù)和積分系數(shù)。

47、優(yōu)選的，所述基于補償后的控制參數(shù)調(diào)控磁懸浮高速永磁同步電機的軸承-轉(zhuǎn)子動力學系統(tǒng)具體包括：

48、根據(jù)高速數(shù)據(jù)采集及處理模塊獲取并處理磁浮軸承中的傳感器輸出的電磁鐵與轉(zhuǎn)子間隙、電磁鐵電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；

49、根據(jù)低速數(shù)據(jù)采集與處理模塊獲取并處理磁浮軸承中的功率放大器的輸入電流、輸入電壓、板間溫度、功率放大器電容電壓、電磁鐵溫度、充放電狀態(tài)反饋信號、驅(qū)動ic狀態(tài)反饋信號以及功率放大器中的主輔繼電器狀態(tài)信號；

50、根據(jù)故障診斷及保護模塊獲取高速數(shù)據(jù)采集及處理模塊和低速數(shù)據(jù)采集與處理模塊輸出的數(shù)據(jù)并進行故障診斷，輸出故障診斷信號和故障保護信號，并對磁浮軸承進行故障保護；

51、根據(jù)數(shù)據(jù)通信模塊將故障診斷信號和故障保護信號發(fā)送至調(diào)試軟件，通過調(diào)試軟件進行數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)展示分析，實現(xiàn)對磁浮軸承的實時監(jiān)控并對磁浮軸承進行調(diào)試；

52、通過懸浮控制計算模塊在未觸發(fā)故障保護時輸出控制信號，對磁浮軸承進行懸浮控制；

53、所述控制信號包括間隙環(huán)控制算法和電流環(huán)控制算法；

54、所述間隙環(huán)控制算法包括：

55、

56、式中，為間隙環(huán)輸出總期望控制電流，為控制主軸懸浮在x軸回轉(zhuǎn)中心所需的期望控制電流，為控制主軸懸浮在y軸回轉(zhuǎn)中心所需的期望控制電流，為偏置電流，為比例調(diào)節(jié)系數(shù)，為微分系數(shù)，為積分系數(shù)；

57、所述電流環(huán)控制算法為：

58、

59、式中，為輸出的占空比值，為零位電流，為檢測的實際電流，為積分時間常數(shù)。

60、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

61、建立一種磁浮軸承、電機故障識別及自適應保護算法的系統(tǒng)，通過對電機參數(shù)進行辨識，將檢測到的變化的永磁同步電機定子電阻、電感和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值等參數(shù)值經(jīng)變頻器輸送到磁浮軸承控制器，磁浮軸承控制器采用算法補償，抵消掉電機參數(shù)變化而產(chǎn)生的對磁懸浮軸承的影響，通過本方案可獲得一組滿秩的參考可變模型并同時對電機定子電阻、電感和轉(zhuǎn)子永磁磁鏈幅值等多個參數(shù)值進行辨識，可實現(xiàn)磁懸浮軸承控制器算法補償，抵消掉電機參數(shù)變化而引起的對磁懸浮軸承的影響，減小磁懸浮軸承的控制難度。