闭环结构下高速列车牵引电机故障建模及诊断研究

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1、中图分类号：TP277论文编号：102870318-SX133学科分类号：081101硕士学位论文闭环结构下高速列车牵引电机故障建模及诊断研究研究生姓名施永茜学科、专业控制理论与控制工程研究方向故障诊断与容错控制指导教师姜斌教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringFaultDiagnosisandModelingforTraction

2、MotorofHighSpeedTrainwithClosedLoopStructureAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyShiYongqianAdvisedbyProf.JiangBinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch，2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要高铁作为中国科技的象征在国际上引起了广泛的关注。同时，高速列车凭借快速、便捷以

3、及环保优势成为了大众出行的首要选择，其安全性问题与国民切身利益紧密相关。牵引电机是整个列车动力牵引系统的核心部件，反馈控制又是系统运行的实际需求，因此闭环结构下的电机故障诊断技术具有重要的理论意义与应用价值。本文以CRH2型高速列车为研究对象，对牵引电机闭环控制系统的故障建模及诊断技术展开研究。首先，在开环结构下，针对牵引电机定子匝间短路故障，分析电机和故障的物理机理，建立了旋转正交坐标系下含故障参数的电机线性故障模型。根据故障模型的特点，提出了一种基于多模型匹配的电机故障检测方法。仿真结果不仅验证了该故障检测方法的有效性，同

4、样也证明了所建故障模型的准确性。其次，针对牵引电机转子磁场定向的间接矢量闭环控制系统，基于各部件物理特性，建立了牵引逆变器和牵引电机的传递函数模型，结合恒压频比控制与转差频率控制模块，构成了闭环结构下牵引电机的三阶线性系统模型。在此基础上，提出了一种基于虚拟电流技术的电机故障注入方法，建立了闭环结构下含故障参数的电机故障模型。仿真验证了所建立的牵引电机闭环控制系统的健康与故障模型的准确性和有效性。最后，根据电机闭环系统的模型特点，提出了一种基于系统残差和多模型匹配的故障诊断方法，仿真验证了该闭环电机故障诊断方法是有效的。进一步

5、，基于稳定性分析理论，建立了电机闭环系统的故障可诊断条件，并通过仿真验证了可诊断条件的正确性，以及分析了闭环结构的引入对故障诊断的影响，说明该故障诊断条件具有很好的参考价值。关键词：牵引电机，闭环控制系统，故障建模，多模型匹配，故障诊断I闭环结构下高速列车牵引电机故障建模及诊断研究ABSTRACTAsasymbolofChinesetechnology,high-speedrailwayhasarousedwidespreadinternationalattention.Duetoitsquickness,convenienc

6、eandenvironmentalbenefits,high-speedtrainshavebecomethefirstchoiceforpublictransport.Sotheirsecurityproblemsarecloselyrelatedtothevitalinterestsofthepeople.Tractionmotoristhecorecomponentofthewholetractionsystem.Feedbackcontrolisalsotheactualdemandofsystemoperation.

7、Therefore,thefaultdiagnosistechnologyofmotorinclosed-loopstructurehasimportanttheoreticalsignificanceandapplicationvalue.BasedonCRH2high-speedtrain,thispaperfocusesontheclosed-loopcontrolsystemoftractionmotor,mainlyresearchesthetechnologyoffaultdiagnosisandmodeling.

8、Firstly,fortheinter-turnshortcircuitinonephaseofstatorwindingsofthetractionmotorundertheopen-loopstructure,thephysicalmechanismofboththefa