本文關(guān)鍵詞：地鐵永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳感器故障診斷

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【摘要】：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,軌道交通已成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善民生的重要工具,如何提高地鐵車輛的維修效率已成為越來(lái)越迫切的問(wèn)題。牽引系統(tǒng)作為地鐵車輛的九大關(guān)鍵系統(tǒng)之一,如何對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)已得到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。目前地鐵列車普遍采用異步牽引系統(tǒng),永磁牽引系統(tǒng)作為一種新興的牽引系統(tǒng),具有體積小、重量輕、效率高等特點(diǎn),更具有發(fā)展?jié)摿?各大設(shè)備商正爭(zhēng)先搶奪永磁牽引系統(tǒng)的制高點(diǎn)。本文以永磁地鐵列車牽引系統(tǒng)傳感器故障診斷為研究對(duì)象,具體工作如下：首先,給出了永磁牽引系統(tǒng)位置傳感器、電壓電流傳感器的常見(jiàn)類型與工作原理。在前人研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了三類傳感器的故障建模。從理論角度分析了三種傳感器的各類故障對(duì)永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的影響,仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性。其次,給出了永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型,并建立了永磁同步電機(jī)全階滑模觀測(cè)器。基于構(gòu)建的滑模觀測(cè)器給出了一種基于擴(kuò)展反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子位置角估計(jì)值的故障診斷算法,但該方法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流傳感器增益故障、偏移故障的定位。為了實(shí)現(xiàn)電流傳感器的故障定位,本文構(gòu)建了基于兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的永磁同步電機(jī)開(kāi)環(huán)觀測(cè)器。該觀測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電流傳感器的診斷及定位,但該觀測(cè)器有效的前提是位置、電壓傳感器無(wú)故障。將兩種診斷算法結(jié)合,選擇合適的診斷變量,并構(gòu)造相關(guān)的診斷邏輯,實(shí)現(xiàn)了對(duì)三種傳感器的故障診斷及定位。再次,由于基于模型的故障診斷方法對(duì)模型的精度要求較高,而傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)dq模型難以全面的反映電機(jī)的特性,因而本文基于Jmag軟件建立的地鐵永磁同步電機(jī)的有限元模型,該模型是業(yè)界公認(rèn)的最準(zhǔn)確的電機(jī)模型。分析了額定工況下電機(jī)的磁場(chǎng)、轉(zhuǎn)矩、相電壓等主要特性,給出了電機(jī)電感參數(shù)隨電流幅值、角度的變化規(guī)律。將有限元電機(jī)模型導(dǎo)入Matlab/Simulink中,并構(gòu)建永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng),對(duì)永磁同步電機(jī)dq模型及有限元模型進(jìn)行了仿真對(duì)比。最后,搭建了以DSP TMS320F28335控制器與RT-LAB平臺(tái)為核心的硬件在環(huán)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)以Jmag有限元模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)永磁同步電機(jī)dq模型作為被控對(duì)象�；谠撈脚_(tái)完成了對(duì)地鐵永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電路建模與矢量控制程序設(shè)計(jì),進(jìn)行了本文所述傳感器故障診斷算法的驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步電機(jī) 傳感器故障診斷 滑模觀測(cè)器 矢量控制 Jmag有限元模型 半實(shí)物實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U264.1;TM341
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 傳統(tǒng)故障診斷算法12-13
• 1.2.2 傳感器故障診斷算法13-15
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 傳感器故障建模及其影響分析16-27
• 2.1 傳感器原理與分類16-18
• 2.1.1 位置傳感器原理與分類16-17
• 2.1.2 電流電壓傳感器原理與分類17-18
• 2.2 傳感器故障建模18-20
• 2.2.1 位置傳感器故障建模18-19
• 2.2.2 電壓電流傳感器故障建模19-20
• 2.3 傳感器故障對(duì)矢量控制系統(tǒng)的影響20-25
• 2.3.1 位置傳感器的影響20-22
• 2.3.2 電壓傳感器的影響22-23
• 2.3.3 電流傳感器的影響23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第3章 傳感器故障診斷算法27-47
• 3.1 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型27-29
• 3.1.1 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型27-28
• 3.1.2 兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型28-29
• 3.2 基于滑模觀測(cè)器的診斷算法29-38
• 3.2.1 滑模觀測(cè)器基本原理29-30
• 3.2.2 滑模觀測(cè)器設(shè)計(jì)30-33
• 3.2.3 基于滑模觀測(cè)器的故障診斷33-38
• 3.3 基于開(kāi)環(huán)觀測(cè)器的故障診斷38-40
• 3.4 聯(lián)合故障診斷40-46
• 3.4.1 診斷邏輯構(gòu)建40-41
• 3.4.2 診斷仿真結(jié)果41-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 基于Jmag與Simulink的永磁同步電機(jī)聯(lián)合仿真47-62
• 4.1 基于Jmag的永磁同步電機(jī)建模47-52
• 4.1.1 有限元分析與Jmag軟件47-49
• 4.1.2 永磁同步電機(jī)有限元建模與驗(yàn)證49-52
• 4.2 永磁同步電機(jī)矢量控制52-59
• 4.2.1 矢量控制基本原理52-55
• 4.2.2 最大轉(zhuǎn)矩/電流控制55-57
• 4.2.3 空間矢量調(diào)制57-59
• 4.3 聯(lián)合仿真結(jié)果59-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 傳感器故障診斷半實(shí)物實(shí)驗(yàn)研究62-73
• 5.1 半實(shí)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)簡(jiǎn)介62-63
• 5.2 半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)63-66
• 5.2.1 半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)63-65
• 5.2.2 基于TMS320F28335的控制程序設(shè)計(jì)65-66
• 5.3 半實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析66-72
• 5.3.1 電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果66
• 5.3.2 故障診斷算法實(shí)驗(yàn)結(jié)果66-72
• 5.4 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果79

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