摘要
论文首先综述比较了常用故障诊断及容错控制技术，并针对驱动系统随机特性选择有代表性的扩展卡尔曼滤波算法进行驱动系统故障诊断及容错控制研究。通过仿真分析验证了该算法的理论正确性，但同时也发现了该算法在驱动系统故障诊断及容错控制应用中的局限性。因此论文进一步重点探讨了基于锁相环位置估计算法在燃料电池汽车驱动系统故障诊断及容错控制中的的应用。通过数学建模及仿真分析验证了算法的有效性，并得出如下初步结论：（1）基于锁相环位置估计算法相比扩展卡尔曼滤波算法具有明显优势；（2）基于锁相环位置估计算法结构简单便于工程实践，算法收敛速度快；（3）基于锁相环位置估计算法适合解决高实时性要求的驱动系统故障诊断及容错控制。
论文最后对基于锁相环位置估计算法进行了燃料电池汽车驱动系统故障诊断及容错控制实验验证。通过实验进一步验证了理论分析的正确性，并为算法的工程实用奠定了初步基础。
关键词 燃料电池轿车，扩展卡尔曼滤波，锁相环，永磁同步电机
目录
摘要………………………………………………………………………1
第1章 绪论 4
1.1 论文研究的目的和意义……………………………………………………4
1.2 国内外现状分析及发展趋势………………………………………………4
第2章 燃料电池轿车驱动系统模型 6
2.1 引言………………………………………………………………………6
2.2 永磁同步电机数学模型…………………………………………………6
2.2.1 三相静止坐标系下定子绕组电压平衡方程 7
2.2.2 PMSM在α－β静止坐标系下数学模型 .8
2.2.3 PMSM在d－q旋转坐标系下数学模型 10
2.2.4 永磁同步电机机械模型 12
2.3 永磁同步电机矢量控制技术……………………………………………13
2.4 燃料电池轿车驱动控制仿真……………………………………………15
2.4.1 Matlab/Simulink系统建模 15
2.4.2 燃料电池汽车驱动仿真 17
第3章 基于扩展Kalman滤波的燃料电池汽车驱动系统故障诊断及容错控制 19
3.1非线性系统故障诊断的滤波方法…………………………………………19
3.2 Kalman滤波理论…………………………………………………………20
3.3基于EKF的PMSM状态观测器…………………………………………23
3.3.1 永磁同步电机α－β系状态观测器 23
3.3.2 永磁同步电机状态观测器离散化模型 24
3.3.3 基于EKF的PMSM观测器模型 25
3.4 基于EKF的PMSM状态观测仿真……………………………………26
3.4.1 电机旋转角度观测 26
3.4.2 电流观测 28
3.4.3 电机速度观测 30
3.5 基于EKF的驱动电机故障诊断及容错控制……………………………31
3.5.1 故障诊断残差模型 31
3.5.2 电流传感器增益故障诊断 32
3.5.3 电流传感器静态偏差故障诊断 33
3.5.3 位置传感器故障容错控制 35
第4章 基于锁相环的燃料电池汽车驱动系统故障诊断及容错控制 37
4.1 引言………………………………………………………………………37
4.2 永磁同步电机磁通估计电压模型………………………………………37
4.2.1 磁通估计电压模型 37
4.2.3 改进电压模型 38
4.3 锁相环原理………………………………………………………………41
4.3.1 锁相环组成和工作过程 41
4.3.2 鉴相器数学模型 42
4.3.3 环路滤波器数学模型 42
4.3.4 压控振荡器数学模型 43
4.3.5 锁相环的相位模型 44
4.4.6 锁相环的捕捉带与同步带 46
4.4 基于锁相环的永磁同步电机位置估计模型……………………………47
4.4.1 基于锁相环的PMSM位置估计模型 47
4.4.2 基于锁相环的PMSM位置估计系统稳定性分析 48
4.5 基于锁相环位置估计算法的燃料电池汽车驱动系统故障诊断及容错控制仿真……………………………………………………………………49
4.5.1 基于锁相环的PMSM位置估计算法仿真 49
4.5.2 基于锁相环的PMSM位置估计算法FCV驱动系统故障诊断 52
4.5.3 基于锁相环的PMSM位置估计算法FCV驱动系统容错控制 54
4.6 永磁同步电机凸极效应对算法的影响…………………………………56
第5章 结论 60
参考文献 61
致谢 62
