汽车离合器盖总成检测试验台电机故障诊断研究陈刚黄庆涛许春玲摘要：采用扩展卡尔曼（EKF）的残差法对永磁同步电机故障进行检测，其目的是为了提高系统的鲁棒性，减少故障的漏报率，提高准确率。关键词：永磁同步交流伺服电机；扩展卡尔曼滤波器；故障诊断基金项目：本文是吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目《汽车离合器盖总成综合性能检测系统设计与研究》成果之一，项目编号为：吉教科合字〔2013〕第558号。：S31：ADOI编号：10.14025/j.cnki.jlny.2015.02.0024永磁同步交流伺服电机（PMSM），它是由绕线式同步电动机发展而来的，具有效率高、易于控制、结构简单、性能优良等优点，因此在军事装备、办公机械、仪器仪表、汽车电器、家用电器等领域得到了广泛的应用[1]。汽车离合器盖总成检测试验台采用永磁同步交流伺服电机，为试验台位移回路的运动提供动力，同时为试验台负载回路提供准确的加载测试力。作为离合器盖总成检测试验台的动力源，一旦发生故障，系统将无法工作[2]。为了故障信息被及时准确地找出来，采用故障诊断的方法是扩展卡尔曼滤波。1扩展卡尔曼滤波器扩展卡尔曼滤波器（EKF）主要用来解决非高斯、非线性的滤波问题，是一种近似滤波的方法，是卡尔曼滤波器线性向非线性系统的推广算法，在非线性系统的设计中已经得到广泛应用[3]，它把非线性方程进行近似线性化，将高阶项略去，只取泰勒展开式中的线性项。永磁同步电机是一个复杂的非线性系统，可以采用EKF方法。基于扩展卡尔曼滤波器的故障诊断模型的建立，状态估计：（1）其中，■为状态的一步预测值。残差序列：（2）Kalman滤波器的结构框图如图1所示，它主要由系统、滤波器以及观测器三部分构成。图1Kalman滤波器的结构框图2建立永磁同步电机的数学模型EKF算法是利用获得的系统输出残差进行故障检测，因此需建立电机的数学模型，应用UKF将系统的初始状态统计值带到所建立的数学模型中，得到系统的预测输出。系统的输出残差是通过将预测输出与实际输出相比较来获得，根据残差评价准则来进行故障检测[4]。以二相导通星形三相六状态为例，建立永磁同步电机的数学模型。3基于扩展卡尔曼滤波的电机故障诊断当系统正常运行时，协方差矩阵为由公式（5）可以看出，具有不同的统计特性。根据这个特性定义作为随机变量近似服从分布，由此可得如下残差加权平方和检测方法，令（7）其中，N为数据窗长度。的数值较小，说明系统正常运行。当系统发生突变性故障时，失去白噪声特性，通过的数值与预先设定的阈值进行比较，得到故障诊断准则如公式（8）（8）4结论采用扩展卡尔曼（EKF）的残差法对永磁同步电机进行检测，其目的是为了提高系统的鲁棒性，减少故障的漏报率，提高准确率。利用EKF本身良好的逼近能力及去噪能力，通过获得的系统残差进行故障检测。当获得系统EKF残差的均值是零具有高斯白噪声特性，说明系统运行正常，其方差为观测矩阵；反之若当残差的均值不再为零，失去高斯白色特性，说明系统有故障发生，这是因为预测估计值是由先验信息递推计算得到的，与测量信息无关，不受故障等异常信息的影响。参考文献[1]张邦成.汽车离合器从动盘测试机电控系统设计[J].西南交通大学学报.2009[2]王巨涛.汽车离合器盖总成综合性能检测机构误差分析与综合[D].天津：天津理工大学，2010.[3]ChenMing，ZhouSizhu，GaoYunquan，QiXuan，ZhangJunhuan..TheJournalofHubeiUniversityofTechnology2009，02（24），71-73.InChinese.-全文完-