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申请/专利权人：西安工业大学

摘要：本发明公开了一种基于ESO‑MLD的逆变器开路故障快速诊断系统及其诊断方法。该方法首先设计了一种电压扩展观测器，然后根据观测器观测的电压值和实际系统输出的电压值之间的电压残差进行故障检测，通过故障相残差与正常两相残差之间的数值关系来定位故障相和故障管，最后通过Simulink仿真验证了该发明的正确性和有效性。本发明通过逆变器正常工作和故障状态下的电流流向路径建立了逆变器的混合逻辑动态模型，考虑到建模过程中开关信号的死区时间，避免了误诊。同时设计了一种电压扩展观测器，避免了其他硬件路或传感器的引入增加故障率的问题。本发明有效减小了系统中未知干扰和不确定因素对逆变器故障诊断的影响，提高了故障诊断率。

主权项：1.基于ESO-MLD的逆变器开路故障快速诊断系统，其特征在于：包括直流电源Udc、主逆变电路和三个同样的绕组电阻、定子电感和反电动势；所述主逆变电路包含直流电源Udc和三相桥臂，所述三相桥臂中，每相桥臂包含两个IGBT开关功率管、两个反向二极管及其两个快速熔断器；所述主逆变电路共包括六个IGBT开关功率管T1～T6、六个反向二极管D1～D6以及六个快速熔断器F1～F6；所述三个同样的绕组电阻、定子电感和反电动势统一记为R、L、e；所述三相桥臂中IGBT开关功率管与快速熔断器串联的输入端并联后连接直流电源的正极，即T1和F1、T3和F3、T5和F5连接Udc正极；所述三相桥臂中IGBT开关功率管与快速熔断器串联的输出端并联后连接直流电源的负极，即T2和F2、T4和F4、T6和F6连接Udc负极；所述三相桥臂中IGBT开关功率管T1和T2、T3和T4、T5和T6顺序串联；所述反向二极管D1的阴极连接IGBT开关功率管T1的输入端，反向二极管D3的阴极连接IGBT开关功率管T3的输入端，反向二极管D5的阴极连接IGBT开关功率管T5的输入端；反向二极管D2的阳极连接IGBT开关功率管T2的输出端，反向二极管D4的阳极连接IGBT开关功率管T4的输出端，反向二极管D6的阳极连接IGBT开关功率管T6的输出端；所述绕组电阻、定子电感和反电动势顺序串联，分别连接T1、T3、T5的输出端并记为点a、点b、点c；反电动势计入公共点n，流入绕组电阻的电流分别记为ia、ib、ic；所述诊断系统的诊断方法，包括如下步骤：步骤一：将电机等效为电阻、电感和反电势串联组成的电路；建立含逆变器的电机驱动系统电机的连续模型；步骤二：根据电路的约束关系和星型连接特点，对输出的相电压进行逻辑与运算，可得到逆变器正常工作时三相绕组相电压表达式 式uan、ubn、ucn为电机三相绕组电压，Udc为直流电源，S1～S6为开关管的开关信号，1表示开关管处于导通状态，0表示开关管处于断开状态；δa、δb、δc表示为电机三相绕组的电流流向，1表示电流流入绕组，0表示电流流出绕组；步骤三：建立电机驱动系统逆变器的混合逻辑动态MLD模型，由步骤一和步骤二可得 步骤四：设计电压扩展观测器对输出的相电压进行实时估计，根据非线性不确定系统设计观测器，得到ESO-MLD模型为 扩展观测器的模型为： 其中falε,α1,δ1为非线性函数，f0z1为未知函数，电压扩展观测器观测系数β1，β2；步骤五：根据步骤三MLD模型输出的三相电压实际值U和电压扩展观测器观测的三相电压估计值产生的电压残差进行故障检测，利用电压残差包含的故障信息建立残差信息表进行故障定位，对单个开关管发生故障和两个开关管同时发生故障进行故障诊断，电压扩展观测器利用系统状态变量三相电流i和扰动量，以及利用电机的反馈信号电角度θ、角速度ωs和给定磁通ψ得到控制量反电动势e来估计三相电压值，具体诊断如下：各相的相电压残差：Δuan＝0,Δubn＝0,Δucn＝0各相的相电压残差之间的关系：Δuan＝Δubn＝Δucn＝0，则无故障发生；各相的相电压残差：各相的相电压残差之间的关系：Δuan＝-2Δubn＝-2Δucn≥0，则a相TI开关管发生故障；各相的相电压残差：各相的相电压残差之间的关系：Δuan＝-2Δubn＝-2Δucn≤0，则a相T2开关管发生故障；各相的相电压残差：各相的相电压残差之间的关系：Δuan＝-2Δubn＝-2Δucn，则a相T1、T2开关管同时发生故障；各相的相电压残差：各相的相电压残差之间的关系：Δubn＝-2Δuan＝-2Δucn≥0，则b相T3开关管发生故障；各相的相电压残差：各相的相电压残差之间的关系：Δubn＝-2Δuan＝-2Δucn≤0，则b相T4开关管发生故障；各相的相电压残差：各相的相电压残差之间的关系：Δubn＝-2Δuan＝-2Δucn，则b相T3、T4开关管同时发生故障；各相的相电压残差：各相的相电压残差之间的关系：Δucn＝-2Δuan＝-2Δubn≥0，则c相T5开关管发生故障；各相的相电压残差：各相的相电压残差之间的关系：Δucn＝-2Δuan＝-2Δubn≤0，则c相T6开关管发生故障；各相的相电压残差：各相的相电压残差之间的关系：Δucn＝-2Δuan＝-2Δubn，则c相T5、T6开关管同时发生故障；所述步骤一中所述将电机等效为绕组电阻、定子电感和反电势串联组成的电路，建立了含逆变器的电机驱动系统数学模型： 其中，R、L为逆变器主电路每相上的绕组电阻和定子电感，uan、ubn、ucn为电机三相绕组电压，ia、ib、ic为流入绕组电阻电流，ea、eb、ec为反电动势。

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