本發明專利技術公開了一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置，通過模型參考自適應方法(MRAS)估算得到的轉速ω2和高頻注入法估算得到的轉速ω3通過加權處理后，得到估計轉速再將和基于極大似然估計算法得到的先驗概率輸入基于后驗概率的容錯控制模塊，得到參與電機矢量控制的反饋轉速從而實現改善系統的動態性能的目標，同時也減小了因該方法帶來的穩態誤差的影響。
【技術實現步驟摘要】
一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置
本專利技術屬于永磁電機驅動控制
，具體涉及一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置。
技術介紹
永磁同步電機體積小，重量輕，調速比范圍寬，效率高的優點使得國內外許多高性能電機和特殊領域的電機均使用永磁同步電機。其功率等級從毫瓦級到兆瓦級，應用范圍從玩具，工業應用到船舶電力推進。目前永磁同步電機控制技術中除了磁鏈難以控制，轉矩脈動大等控制難題，還面臨控制所需各類傳感器的可靠性保障問題，特別是其中的速度傳感器。作為高精度控制永磁電機不可或缺的檢測裝置，其故障將導致系統無法實現閉環控制時，對系統的穩定運行會造成嚴重影響。而傳感器工作易受環境和工作時間影響。因此，速度傳感器的運行可靠性是永磁同步電機控制中需要考慮的關鍵一環。作為一種改進方案，在2014年06月18日公開，公開號為CN103872962A，專利技術名稱為“一種永磁同步電機速度傳感器的在線容錯控制裝置”的中國專利技術專利中公布了一種解決速度傳感器故障的在線容錯控制裝置。圖1是基于該速度傳感器故障的在線容錯控制裝置的電機驅動控制系統示意圖。如圖1所示，在傳統的永磁電機矢量控制系統基礎上，加入了高轉速和低轉速兩個速度估計模塊和容錯控制模塊，將永磁同步電機的電壓、電流信號輸入兩個轉速估計模塊中，計算得到相應的估計轉速。容錯控制模塊根據速度傳感器得到的采集轉速ω1和估計轉速，通過故障檢測、先驗后驗概率的計算等過程得到轉速ωr，該轉速作為實際反饋轉速參與系統的矢量控制。該專利技術的容錯控制策略可以簡單概括為：當電機運行在高轉速時，如果發生速度傳感器故障，反饋轉速將會從采集轉速ωm平穩地切換為高轉速估計模塊輸出的估計轉速ωh；當電機運行在低轉速時，如果發生速度傳感器故障，反饋轉速將會從采集轉速ωm平穩地切換為低轉速估計模塊輸出的估計轉速ωl。該專利技術包含低轉速和高轉速兩個速度估計模塊，減小了單一轉速估計算法在特定轉速區間存在的估計誤差，拓寬了轉速的準確估算范圍。當電機在固定轉速運行時，該專利技術能在速度傳感器故障時實現反饋轉速的平穩切換，具有較好的穩定性，并且能夠根據電機運行狀況實時更新先驗概率，提高容錯控制效果。但該專利技術仍然存在以下不足：當電機系統狀態在低速與高速之間頻繁切換運行時，系統采用的估計轉速就會在ωh和ωl兩個狀態之間往復切換，而ωh和ωl之間存在偏差，這將導致電機轉速發生振蕩，影響系統的動態穩定性。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置，采用復合估計轉速作為反饋轉速，既拓寬轉速調整范圍，又改善了系統的動態穩定性，并根據先驗概率的實時在線更新提升了后驗概率在不同轉速段的準確性。為實現上述專利技術目的，本專利技術一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置，其特征在于，包括：模型參考自適應法估算模塊、高頻注入法估算模塊、估計轉速復合處理模塊和容錯控制模塊；其中：模型參考自適應法估算模塊采用模型參考自適應算法根據電機的電流電壓參數估計得到電機轉速ω2，其轉速估算適用速段為(ωth,ωM]，ωth為高低轉速段分段點，ωM為電機最大轉速；高頻注入法估算模塊采用旋轉高頻電壓注入法根據電機的電流電壓參數估計得到電機轉速ω3，其轉速估算適用速段為[0,ωth]；估計轉速復合處理模塊用于從速度傳感器接收電機采集轉速ω1和兩個轉速估計模塊得到的估計轉速ω2、ω3，再分別計算電機轉速ω2和ω3的加權α和β，從而得到復合估計轉速并同時根據極大似然估計算法計算轉速ω1和復合估計轉速的先驗概率P(A1)和P(A2)，且有P(A1)+P(A2)＝1，其中，事件A1和A2定義如下：A1＝{選取傳感器輸出信息作為反饋轉速}；A2＝{選取估計算法所得轉速值作為反饋轉速}；容錯控制模塊利用估計轉速復合處理模塊所得的先驗概率P(A1)和P(A2)計算后驗概率：其中，事件B定義為：B＝{轉速閉環反饋值正確}；P(A1|B)為采集轉速對應的后驗概率，表示當轉速閉環反饋值正確時，選取傳感器采集值為反饋轉速的概率；P(A2|B)為估計轉速對應的后驗概率，表示當轉速閉環反饋值正確時，選取估計轉速為反饋轉速的概率；P(B|A1)為采集轉速對應的條件概率，表示當選取傳感器采集轉速作為反饋轉速時，轉速閉環反饋值正確的概率；P(B|A2)為采集轉速對應的條件概率，表示當選取估計轉速作為反饋轉速時，轉速閉環反饋值正確的概率；且有其中，T為故障發生持續時間，Ts為整個容錯控制裝置的閉環控制周期，λ表示預設的條件概率變化率，且0≤λ≤1；θ為預設的后驗概率閾值，當P(B|A1)＞θ時，認為速度傳感器未發生故障，則令反饋轉速ωr＝ω1，否則反饋轉速ω1Last為故障發生前一個系統控制周期速度傳感器所采集的轉速。本專利技術的專利技術目的是這樣實現的：本專利技術基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置，通過模型參考自適應算法估算得到的轉速ω2和高頻注入法估算得到的轉速ω3通過加權處理后，得到估計轉速再將和基于極大似然估計算法得到的先驗概率輸入基于后驗概率的容錯控制模塊，得到參與電機矢量控制的反饋轉速從而實現改善系統的動態性能的目標，同時也減小了因該方法帶來的穩態誤差的影響。同時，本專利技術基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置還具有以下有益效果：(1)、當電機運行在固定轉速時，基于后驗概率的容錯控制策略能實現反饋轉速由采集轉速到估計轉速的平穩切換，使系統在固定轉速下有良好的靜態穩定性；(2)、采用兩種轉速估計算法，拓寬了該容錯系統可準確進行容錯控制的轉速范圍；當系統運行狀態變化時，對估計轉速的復合處理，使得本專利技術能在可接受的較小靜差存在下，實現相關的動態穩定性的要求；(3)、本專利技術利用后驗概率進行容錯控制，即逐漸改變采集轉速和估計轉速在反饋轉速中的權重，實現了反饋轉速由采集轉速向估計轉速的平穩切換，而先驗概率的實時在線更新也提升了后驗概率在不同轉速段的準確性。而且本專利技術的容錯控制裝置實現簡單，容錯控制計算時間較短，利于容錯控制的在線實現和應用。附圖說明圖1是永磁同步電機速度傳感器的在線容錯控制裝置的電機驅動控制系統示意圖；圖2是基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置的電機驅動控制系統示意圖；圖3是電機運行狀態變化時，永磁同步電機速度傳感器的在線容錯控制裝置的電機驅動控制系統的容錯控制效果示意圖；圖4是電機運行狀態變化時，基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置的電機驅動控制系統的容錯控制效果示意圖；表1是1.1kW內埋式永磁同步電機的參數表；表2是速度傳感器、模型參考自適應算法、旋轉高頻注入法在不同轉速下的可靠概率統計表。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本專利技術。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本專利技術的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。實施例圖2是基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置的電機驅動控制系統示意圖。本實施例中，如圖2所示，本專利技術基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置，包括：模型參考自適應法估算模塊7、高頻注入法估算模塊8、估計轉速復合處理模塊9、容錯控制模塊10。與圖1所示的電機驅動控制系統不同，本本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置，其特征在于，包括：模型參考自適應法估算模塊、高頻注入法估算模塊、估計轉速復合處理模塊和容錯控制模塊；其中：模型參考自適應法估算模塊采用模型參考自適應算法根據電機的電流電壓參數估計得到電機轉速ω2，其轉速估算適用速段為(ωth,ωM]，ωth為高低轉速段分段點，ωM為電機最大轉速；高頻注入法估算模塊采用旋轉高頻電壓注入法根據電機的電流電壓參數估計得到電機轉速ω3，其轉速估算適用速段為(0,ωth)；估計轉速復合處理模塊用于從速度傳感器接收電機采集轉速ω1和兩個轉速估計模塊得到的估計轉速ω2、ω3，再分別計算電機轉速ω2和ω3的加權α和β，從而得到復合估計轉速并同時根據極大似然估計算法計算轉速ω1和復合估計轉速的先驗概率P(A1)和P(A2)，且有P(A1)+P(A2)＝1，其中，事件A1和A2定義如下：A1＝{選取傳感器輸出信息作為反饋轉速}；A2＝{選取估計算法所得轉速值作為反饋轉速}；容錯控制模塊利用估計轉速復合處理模塊所得的先驗概率P(A1)和P(A2)計算后驗概率：P(A1|B)=P(B|A1)*P(A1)P(B|A1)*P(A1)+P(B|A2)*P(A2)]]>P(A2|B)=P(B|A2)*P(A2)P(B|A1)*P(A1)+P(B|A2)*P(A2)]]>其中，事件B定義為：B＝{轉速閉環反饋值正確}；P(A1|B)為采集轉速對應的后驗概率，表示當轉速閉環反饋值正確時，，選取傳感器采集值為反饋轉速的概率；P(A2|B)為估計轉速對應的后驗概率，表示當轉速閉環反饋值正確時，選取估計轉速為反饋轉速的概率；P(B|A1)為采集轉速對應的條件概率，表示當選取傳感器采集轉速作為反饋轉速時，轉速閉環反饋值正確的概率；P(B|A2)為采集轉速對應的條件概率，表示當選取估計轉速作為反饋轉速時，轉速閉環反饋值正確的概率；且有P(B|A1)=λT/Ts]]>P(B|A2)=1-λT/Ts]]>其中，T為故障發生持續時間，Ts為整個容錯控制裝置的閉環控制周期，λ表示預設的條件概率變化率，且0≤λ≤1；θ為預設的后驗概率閾值，當P(B|A1)＞θ時，認為速度傳感器未發生故障，則令反饋轉速ωr＝ω1，否則反饋轉速ω1Last為故障發生前一個系統控制周期速度傳感器所采集的轉速。...
【技術特征摘要】
1.一種基于復合估計轉速的永磁同步電機容錯控制裝置，其特征在于，包括：模型參考自適應法估算模塊、高頻注入法估算模塊、估計轉速復合處理模塊和容錯控制模塊；其中：模型參考自適應法估算模塊采用模型參考自適應算法根據電機的電流電壓參數估計得到電機轉速ω2，其轉速估算適用速段為(ωth,ωM]，ωth為高低轉速段分段點，ωM為電機最大轉速；高頻注入法估算模塊采用旋轉高頻電壓注入法根據電機的電流電壓參數估計得到電機轉速ω3，其轉速估算適用速段為[0,ωth]；估計轉速復合處理模塊用于從速度傳感器接收電機采集轉速ω1和兩個轉速估計模塊得到的估計轉速ω2、ω3，再分別計算電機轉速ω2和ω3的加權α和β，從而得到復合估計轉速并同時根據極大似然估計算法計算轉速ω1和復合估計轉速的先驗概率P(A1)和P(A2)，且有P(A1)+P(A2)＝1，其中，事件A1和A2定義如下：A1＝{選取傳感器輸出信息作為反饋轉速}；A2＝{選取估計算法所得轉速值作為反饋轉速}；容錯控制模塊利用估計轉速復合處理模塊所得的先驗概率P(A1)和P(A2)計算后驗概率：其中，事件B定義為：B＝{轉速閉環反饋值正確}；P(A1|B)為采集轉速對應的后驗概率，表示當轉速閉環反饋值正確時，選取傳感器采集值為反饋轉速的概率；P(A2|B)為估計轉速對應的后驗概率，表示當轉速閉環反饋值正確時，選取估計轉速為反饋轉速的概率；P(B|A1)為采集轉速對應的條件概率，表示當選取傳感器采集轉速作為反饋轉速時，轉速閉環反饋值正確的概率；P(B|A2)為采集轉速對應的條件概率，表示當選取估計轉速作為反饋轉速時，轉速閉環反饋值正確的概率；且有其中，T為故障發生持續時間，Ts為整個容錯控制裝置的閉環控制周期，λ表示預設的條件概率變化率，且0≤λ≤1；θ為預設的后驗概率閾值，當P(B|A1)＞θ時，認為速度傳感器未發生故障，則令反饋轉速ωr＝ω1，否則反饋轉速ω1Last為故障發生...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄒見效，葛毅，凡時財，鄭宏，徐紅兵，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51
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