永磁同步电机永磁磁链失磁监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及永磁同步电机技术领域，具体说，设及一种用于永磁同步电机的 永磁磁链失磁监测装置。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机具有高效率、高能量密度、结构简单，在众多工业领域得到越来越广 泛应用，人们对它的运行安全性和可靠性也提出了越来越高的要求。然而永磁同步电机在 工作过程中因受到溫度、机械振动、电枢反应等原因导致电机永磁材料存在失磁。而永磁体 的失磁或磁场波动都会直接导致电机发热异常及转矩性能变差，严重时电机可能报废，运 一问题极大地限制了永磁电机的应用。为了减少永磁体失磁故障而造成的经济损失，对永 磁电机永磁体失磁实现在线监测，降低维护成本。
[0003] 针对永磁同步电机失磁监测问题，国内外许多学者进行了大量研究工作。在现有 技术中，有人提出将滑模观测器和龙伯格观测器相结合，基于滑模等值控制原理对永磁体 磁链进行实时监测。另外，还有人提出一种改进综合学习粒子群优化算法对辨识PMSM的定 子电阻、电感和永磁体磁链等参数辨识。此外，另有人提出了一种磁场重建方法并进行了有 限元分析，对PMSM永磁体的部分失磁和偏屯、失磁进行了深入的研究。然而，Jordi、Gritli 等人基于小波分析理论提出了基于电机失磁后会在定子电流中产生特定谐波的理论来进 行失磁分析的方法。Lu等提出基于人工神经网络失磁故障检测方法。史宇超、肖犧等设计 了基于扩展卡尔曼滤波器的永磁体磁链在线监测方法，取得了较好的效果。
[0004] 然而扩展卡尔曼滤波器对永磁电机模型非线性模型存在线性化误差，可能导致滤 波器不稳定，而且需要计算雅克比矩阵，计算量大，占用微处理器大量计算时间。 【实用新型内容】
[0005] 根据现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种用于永磁同步电机的永磁磁链 失磁监测装置，其包括：
[0006] 参数检测模块，其与永磁同步电机相连接，用W获取所述永磁同步电机运行时的 与获得转子磁链相关的参数值；运些参数值包括但不限于，定子电流、定子电压W及转子转 速等。
[0007] 无迹非线性变换模块，其与所述检测模块连接，用W将检测采样的定子电流、定子 电压、转子转速的实时参数进行无迹非线性变换，从而获得定子电流与永磁磁链估算值对 应的sigma点集信息；
[0008] 卡尔曼滤波器，其与所述无迹非线性变换模块，用W将无迹变换的定子电流与永 磁磁链估算值进行卡尔曼滤波，从而得到实时磁链参数的精确值；
[0009] 比较及输出模块，其与所述卡尔曼滤波器连接，将经过所述卡尔曼滤波模块进行 滤波的磁链参数与系统所设的阔值范围进行比较，并在离开所述范围时输出所述磁链参 数。
[0010] 根据本实用新型的一个实施例，所述参数检测模块包括转子位置检测单元，其与 光电码盘及信号调理电路连接，W检测永磁同步电机的转子转速与转子位置。
[0011] 根据本实用新型的一个实施例，所述参数检测模块包括转子位置检测单元，其与 电流传感器及信号调理电路连接，W检测永磁同步电机的定子电流。
[0012] 根据本实用新型的一个实施例，所述参数检测模块包括母线电压检测单元，其与 母线电压传感器连接，W检测永磁同步电机的母线电压。
[0013] 根据本实用新型的一个实施例，所述无迹非线性变换模块包括IPA服变换单元和 PARK单元。其中，所述IPARK变换单元将旋转坐标轴系下的定子电压转变二相静止坐标轴 系中定子电压，PARK单元将二相静止坐标轴系中的定子电流转变为旋转坐标轴系下的定子 电流。
[0014] 根据本实用新型的一个实施例，所述无迹非线性变换模块还包括CLA服变换单 元，其将=相静止坐标系中=相定子电流转变为二相静止坐标轴系中的二相定子电流。
[0015] 根据本实用新型的一个实施例，所述永磁磁链失磁监测装置还包括所述比较及输 出模块还包括光电隔离驱动单元。
[0016] 本实用新型设计的基于无迹卡尔曼滤波器的永磁同步电机永磁磁链在线监测装 置具有结构简单、监测数据精确，并对电机参数精确性不敏感，具有很强的鲁棒性。该装置 既为控制系统提供准确的磁链信息，又能有效地防止电机失磁严重恶化，减小经济损失。
【附图说明】
[0017] 图1示出了永磁同步电机永磁磁链的变化；
[0018] 图2A和2B显示了根据本实用新型的一个实施例的控制系统的硬件框图；W及
[0019] 图3显示了根据本实用新型的一个实施例的控制系统框图。
【具体实施方式】
[0020] 本实用新型采用一种新型的无迹卡尔曼滤波器，其无需考虑雅克比矩阵，结构简 单，并具有处理非线性模型估计问题的能力。在本实用新型中，首先设计一种W永磁电机定 子电流、永磁磁链为状态变量的观测模型，构建基于无迹卡尔曼滤波器的永磁同步电机永 磁磁链计算方法，实现了电机永磁磁链在线监测。
[0021] 基于转子磁链定向的d-q坐标系下的电压方程为
阳〇2引其中：R为定子相电阻；Ud、Uq分别为定子绕组的tq轴电压；id、iq分别为定子绕 组tq轴电流；Ld、Lq为定子tq轴电感；4巧永磁磁链；W为磁场同步转速。
[0024] 如图1所示，当永磁电机发生失磁故障，而导致永磁体磁链矢量幅值和方向发生 如图所示的变化时，当4^失磁后，d轴和q轴的磁链变为4W、电机定子电压方程变 为：
阳0%] 如图2A和2B所示，为本实用新型提出的用于永磁同步电机的永磁磁链失磁监测 装置，其包括：参数检测模块、无迹非线性变换模块、卡尔曼滤波器W及比较及输出模块。如 图2B所示，参数检测模块与永磁同步电机相连接，用W获取所述永磁同步电机运行时的与 获得转子磁链相关的参数值。该参数值包括但不限于定子电流、定子电压和转子转速。无 迹非线性变换模块与所述检测模块连接，用W将检测采样的定子电流、定子电压和转子转 速的实时参数进行无迹非线性变换，从而获得定子电流与永磁磁链估算值对应的Sigma点 集信息。
[0027] 卡尔曼滤波器与所述无迹非线性变换模块，用W将无迹变换的实时磁链参数包括 定子电流和永磁磁链估算值进行卡尔曼滤波，从而获得实时磁链参数的精确值。
[0028] 比较及输出模块与所述卡尔曼滤波器连接