電力牽引脈沖整流器傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制.pdf

1、碩士學(xué)位論文電力牽引脈沖整流器傳感器電力牽引脈沖整流器傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制故障診斷與容錯(cuò)控制SensFaultDiagnosisFaultTolerantControlfElectricTractionPWMRectifier作者姓名：夏金輝學(xué)科、專業(yè)：電力電子與電力傳動(dòng)學(xué)號(hào)：21413024指導(dǎo)教師：張曉華教授完成日期：2017年6月6日大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文I

2、摘要電力牽引脈沖整流器是高速鐵路電力牽引交流傳動(dòng)系統(tǒng)的核心組成部分，一旦脈沖整流器控制系統(tǒng)中的傳感器發(fā)生故障，系統(tǒng)閉環(huán)控制的性能與電力機(jī)車的運(yùn)行安全將受到影響。本文設(shè)計(jì)了一種電力牽引脈沖整流器傳感器在線故障診斷與容錯(cuò)控制算法，該方法可以快速準(zhǔn)確地診斷出故障類型，并在不停機(jī)的情況下維持系統(tǒng)運(yùn)行。建立了脈沖整流器系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了其雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；其中，網(wǎng)側(cè)電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，直流側(cè)電壓環(huán)為外環(huán)，內(nèi)外環(huán)均采用PI調(diào)節(jié)器。設(shè)計(jì)了電力牽引變流器中

3、間直流回路，采用LC串聯(lián)諧振電路濾除直流側(cè)電壓100Hz紋波。通過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了考慮負(fù)載突變條件下脈沖整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的有效性與魯棒性。設(shè)計(jì)了脈沖整流器網(wǎng)側(cè)電流與直流側(cè)電壓龍貝格觀測器與滑模觀測器，并進(jìn)行了對(duì)比仿真分析。在考慮負(fù)載突變的條件下，滑模觀測器的觀測誤差小于龍貝格觀測器，且其在負(fù)載突變后觀測值震蕩幅度更小。在此基礎(chǔ)之上，提出了脈沖整流器傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制方案，系統(tǒng)通過滑模觀測器產(chǎn)生解析冗余，故障診斷單元將殘差與閾值進(jìn)

4、行對(duì)比以定位故障傳感器，控制系統(tǒng)重構(gòu)通過將滑模觀測器觀測值代替故障傳感器采集值實(shí)現(xiàn)。在MATLABSimulink環(huán)境下搭建了大功率電力牽引脈沖整流器仿真模型，分別模擬了網(wǎng)側(cè)電流傳感器開路故障、增益異常與直流側(cè)電壓傳感器噪聲異常三種故障，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的故障診斷與容錯(cuò)控制算法的有效性。搭建了4kVA脈沖整流器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具體設(shè)計(jì)了其主電路、IPM驅(qū)動(dòng)電路、電壓電流檢測電路以及過零檢測電路等功能模塊。分別模擬了MATLAB仿真中的三種