[发明专利]三相无刷直流电机逆变器功率管单管开路故障诊断方法

说明书

本发明提供一种三相无刷直流电机逆变器功率管单管开路故障诊断方法，能够针对逆变器功率管进行实时在线故障诊断，以提高系统的安全性。所述方法包括：根据三相无刷直流电机数学模型，确定相应的滑模观测器；通过滑模观测器输出观测电流；根据三相无刷直流电机实际输出的电流与滑模观测器输出的观测电流生成电流残差；根据电流残差，确定残差评估函数；判断残差评估函数值是否大于等于预先设置的故障报警控制线，若大于，则三相无刷直流电机逆变器功率管单管有开路故障并进行报警。本发明涉及三相无刷直流电机的过程检测与控制领域。

技术领域

本发明涉及三相无刷直流电机的过程检测与控制领域，特别是指一种三相无刷直流电机逆变器功率管单管开路故障诊断方法。

背景技术

随着科学技术的发展与应用，电动机已广泛使用于各行各业。作为一种能量转换设备，其具有极大的应用价值，随着技术的发展更新，近年来，传统电动机也正逐步被无刷直流电机所替代。相比传统电机，无刷直流电机采用功率开关器件配合电子控制电路进行换向，克服了传统电机电刷换向时存在的摩擦、噪声、火花以及寿命短等弱点。

无刷直流电机现已广泛应用于汽车、医疗、工具、机械生产等多个领域。但系统逆变器部分的控制较为复杂，且电力电子器件易损坏而造成系统故障，且由于逆变器部分的可靠性一直没有得到充分的解决。一旦发生故障，整个驱动系统便无法正常工作，轻则降低生产效率，若不及时处理，还会引发其他硬件故障，甚至带来灾难性的故障。

无刷直流电机的发展，离不开电力电子技术的发展与应用。半导体器件在不断的研究和使用过程中得到了更加稳定的性能，尤其是现代功率开关器件被广泛的应用于无刷直流电机驱动系统之中，因其具有良好的性能而成为逆变技术的核心器件，但由于其自身可控性较低，易受到干扰，使得这一部分的驱动系统发生故障的概率相对增加。一旦逆变器功率管器件自身发生故障，将直接影响逆变器的正常工作，进而导致相关功率器件实际电流值和电压值的增加。如果在电机不停机的状态下不及时的诊断故障并报警，将会对无刷直流电机造成二次故障，甚至会使整个电机系统停机。在逆变器中过流、过压、过热及驱动电路欠压等检测和保护电路的应用在一定程度上减小了功率开关器件故障对整个电机系统的影响，但由于逆变器工作环境复杂，极容易受到电网扰动和电磁干扰的影响，同时如果逆变器处于非正常工作状态，相关的电路就有可能发生开路或短路故障，针对这些可能出现的问题，尽早的发现故障有助于及时解除潜在的隐患，提高系统的安全性。

现有技术中，还没有针对三相无刷直流电机逆变器功率管单管开路故障诊断的有效方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三相无刷直流电机逆变器功率管单管开路故障诊断方法，能够针对三相无刷直流电机逆变器功率管进行实时在线故障诊断，以提高系统的安全性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种三相无刷直流电机逆变器功率管单管开路故障诊断方法，包括：

根据三相无刷直流电机数学模型，确定相应的滑模观测器；

通过滑模观测器输出观测电流；

根据三相无刷直流电机实际输出的电流与滑模观测器输出的观测电流生成电流残差；

根据电流残差，确定残差评估函数；

判断残差评估函数值是否大于等于预先设置的故障报警控制线，若大于，则三相无刷直流电机逆变器功率管单管有开路故障并进行报警。

进一步地，所述根据三相无刷直流电机数学模型，确定相应的滑模观测器包括：

根据三相无刷直流电机等效电路图，确定三相无刷直流电机数学模型；

将确定的三相无刷直流电机数学模型转换到两相坐标系中；

根据转换得到的两相坐标系下的三相无刷直流电机的数学表达式，结合滑模变结构控制理论，确定滑模观测器状态方程。