0引言
电机的失磁程度将时刻影响永磁电机的稳定运行[1-3]，因此实现对永磁电机磁链的观测及其重要。近年来，有很多学者研究永磁电机的磁链观测[4-9]。文献[7]提出一种基于最小阶扩展磁链滑模变结构观测器，该观测器能准确观测转矩和永磁体磁链信息。文献[8]提出了一种磁链非奇异终端滑模观测（NFTSMO ），在考虑电阻扰动的同时检测失磁故障。文献[9]提出了一种控制方法用于转子磁链失磁诊断和不对称的定子电阻的观测。 以上研究通过各种方法对永磁电机磁链进行观测，或未考虑参数变化，或考虑电阻变化。然而，在电机的运行过程中，电机参数的扰动是不可避免的，因此本文针对电感这一电机参数发生扰动的情况，设计了一种自适应滑模观测器，对永磁磁链幅值失磁进行实时观测。
1问题的描述
同步旋转d-q 坐标系下，永磁同步电机（PMSM ）的数学模型[10]
为
（1）
由于本次研究针对幅值失磁的情况，即永磁磁链的失磁方向始终发生在d 轴方向，q 轴方向没有失磁。
因此方程（1）在考虑电感扰动情况下，可化简
为
（2）
其中，ΔL 为电感的变化值。使
，其中
，整理可得
——————————————————————
—课题项目：湖南铁道职业技术学院校级课题：表贴式永磁同步电
作者简介：张淼滢（1991-），女，硕士，研究方向为电力传动技术
及其故障诊断；肖凡（通讯作者）（1991-），男，硕士研究生，研究方向为电力传动技术及其故障诊断；邵瑞（1984-）：女，硕士，讲师，研究方向为现代控制理论及其在电力电子中的应用；邓昭俊（1987-），男，硕士，研究方向为电力系统及其自动化。
一种永磁同步电机幅值失磁故障诊断方法
张淼滢①；肖凡②；邵瑞①；邓昭俊①
（①湖南铁道职业技术学院，株洲412001；②湖南工业大学，株洲412007）
摘要：针对永磁同步电机幅值失磁，提出了一种永磁同步电机幅值失磁故障诊断方法。该方法通过建立旋转坐标系下的永磁同步
电机数学模型，构建出一种自适应与滑模结合的观测器。针对电感扰动下的幅值失磁，给出了失磁磁
链的自适应算法，并借助Lyapunov 稳定性理论证明其稳定性。最后，通过Matlab 仿真证明了所提方法的可行性和有效性。
关键词：永磁同步电机；幅值失磁故障；自适应滑模观测器
个故障特征来进行故障诊断的准确性则较高。信息融合方
式在信息处理方面有着较强的能力，使用信息融合方式处理信息，有利于提高诊断的准确性。柴油机的故障诊断工作是一项复杂的工作，并且在诊断工程中会出现多种不确定因素影响诊断，不确定因素对信息融合方式产生的影响微乎其微，信息融合方式是诊断柴油机故障的较好方式。 3柴油机故障诊断技术的发展前景3.1智能化柴油机故障诊断技术因为柴油机的结构较为复杂，所以很多原因都有可能导致柴油机发生故障。由于导致柴油机发生故障的原因较多，因此人们在进行柴油机故障诊断的时候，可能需要耗费很长时间[3]。为减少柴油机故障的诊断时间，提高柴油机故障的诊断效率，未来，柴油机故障诊断技术会向智能化方向发展，会出现更为智能的诊断方法，逻辑性会更强、诊断速度会更快。
3.2系统化柴油机故障诊断技术在现有的诊断柴油机故障技术中，用到了多种理论，这些理论都属于非线性动力系统理论。非线性动力系统理论为柴油机故障诊断技术提供了理论参考。当前理论在柴油机故障诊断技术的应用过程中还存在很多问题，最主要的
一个问题是缺少实践性，若想使柴油机故障诊断技术更具实践性，应当提高非线性动力理论的适用性，形成系统化的
诊断技术[4]
。由于当前的柴油机故障诊断方法还存在一些缺点，人们应当对柴油机故障诊断方法进行不断改进。
4结论
通过以上描述可以看出，许多工业在生产方面离不开柴油机的使用，如果柴油机出现故障，会对企业的生产效益造成一定的影响，提高柴油机故障诊断技术，有利于及时发现柴油机出现的故障，有利于及时处理柴油机故障问题，有利于减少柴油机故障问题的发生。
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Internal
Combustion Engine &Parts
（3）
由电流方程（3
）得到PMSM 的状态方程为
（4）
其中，取状态变
量：
，
，
，
系数矩阵
，
，
2自适应滑模观测器设计对式（4）描述的PMSM 系统，
构造如下自适应滑模观测器
（5）
其中：sgn （x-x ^）为符号函数；k 为待设计常数；G 为待
设计矩阵，上标“^”为各相应变量的观测值。ksgn （x-x ^）用来
抵消参数变化带来的影响。f ^用来观测失磁磁链。G （y-y
^）用来控制收敛速度，优化系统状态的稳定性。
定义观测器的偏差：，输出
偏差：。
则由
式（4）、（5）得
（6）
其中，磁链估计误差
。
本文提出的改进型自适应算法为
（7）
其中：Γ=ΓT >0为自适应学习率；F 为待设计的观测器
增益矩阵。
说明1：基于改进型自适应算法式（7
），得到磁链估计值
（8）
引理1：对于任意正数μ和对称正定矩
阵P ，下述不等式成立
（9）
定理1：对式（4）设计观测器式（5），如果k 1足够大，并
有正定对称
矩阵F ∈R r ×p 满足
（10）
改进型自适应估计算法如式（8），则可使得状态估计
误差e ，磁链估计误差e f 一致终有界。
证明：
选取如下
正定函数作为Lyapunov 函数
（11）
对式（11
）求导可得
（12）
令
（13）
则可将式（13）拆分成
①对于V 1
（14）
由于定子电阻及磁链在工程上均有界，则可以保证d 有界，即存
在
，使⩽ε有界。注：
文中所用数学
符向量的欧式范数或矩阵的谱范数
。
如k 足够大，即可以满足
（
15）
则可得式（14）为
（16）
②对于V 2
（17）
根
据引理1可知，可使
（18）
其中H 为对称正定矩阵。
将式（18
）
代入式（17
）可得
（19）
其中
如果式（10）成立，
令
则
（20）
则
当
，且k ，F 足够大
时
，即满
足
，可使e ，e f 一致终有界。
3仿真分析
仿真所用永磁同步电机参数如表1所示。同时，设置观测器初值均为0。0.05s 时，负载转矩由0变为20；0.3s 时，电感由0.0085变为0.0105；0.4s 时，磁链发生幅值失磁，由0.175变为0.170。
表1电机参数标称值
电机参数标称值定子绕组相
电阻/赘
极对数
定子绕组电感/H 转子磁链/Wb 转子惯量/Kgm
2.87540.00850.1750.008
观测器参数模块参数如下：
，，。如图1所示，q 轴电流在0.05s 增加负载后电流跳变到
19A ，0.4s 失磁时略微上升；d 轴电流则保持在0A 附近。符合id=0的控制算法。可得，电
流只有在加载的情况下发生变化，故障对其影响不大，而电感变化基本与其无关。图1d-q 轴电流仿真波形
如图2所示，在0.05s 增加负载后观测磁链无明显波动，0.3s 电感变化时产生轻微波动。在0.4s 发生幅值失磁，轴永磁磁链由0.175Wb 下降到了0.170Wb ，观测值产生波
动并快速跟上了给定值。
Matlab 仿真结果验证了理论方法的可行性和有效性。4结论针对永磁同步电机存在幅值失磁问题，本文提出一种永磁同步电机幅值失磁故障检测方法。该方法首先通过引入电感的变化值作为扰动，在此基础上建立d-q 坐标轴下电机的幅值失磁故障数学模型。然后将滑模变结构和自适应相结合，设计出电感扰动下的幅值失磁磁链自适应估计算法，以实现永磁体的失磁故障检测。最后利用Matlab 仿真结果证明该算法的有效性。
参考文献院
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图2d 轴永磁磁链给定值与观测值仿真波形
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