首页 / 专利库 / 企业组织 / 框图 / 一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法

一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法

阅读:774发布:2020-06-19

专利汇可以提供一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种永磁同步 电机 控制系统可靠性分析方法,涉及 计算机视觉 技术领域。包括:建立永磁同步电机控制系统 框图 ;将系统框图转化为系统GO图;计算各元器件平均失效率;建立操作符SIMULINK仿真模型;得到永磁同步电机控制系统的可靠性分析仿真模型;得到各部件与各 信号 流的可靠性指标。本发明提供的一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,本方法以GO法为 基础 ,结合状态概率矩阵 算法 建立SIMULINK仿真模型,提出了一种GO法与状态概率矩阵算法结合的运算方法对永磁同步电机控制系统进行可靠性分析,用计算机代替了复杂的人工计算,提高了计算效率并且可靠性分析结果更精确。,下面是一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法专利的具体信息内容。

1.一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:根据永磁同步电机系统的工作原理建立永磁同步电机系统框图
步骤2:根据系统中各元器件的功能特点与GO操作符的定义,确定各元器件类型及各部件连接关系,将系统框图转化为系统GO图;所述系统GO图为系统中各部件连接关系及信号流向示意图;
步骤3:根据永磁同步电机控制系统各元器件可靠性参数,计算各元器件平均失效率;
步骤4:根据状态概率矩阵算法建立操作符SIMULINK仿真模型;所述操作符SIMULINK仿真模型为根据状态概率矩阵算法在MATLAB/SIMULINK下建立的GO操作符计算模型;
步骤5:在SIMULINK下,用操作符SIMULINK仿真模型替换系统GO图中的操作符,根据系统GO图中各部件连接规则得到永磁同步电机控制系统的可靠性分析仿真模型;
步骤6:将各部件状态概率带入到可靠性分析仿真模型中,运行即可得到各部件与各信号流的可靠性指标。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,其特征在于,所述各元器件平均失效率的计算公式如下:
其中,λ为元器件或系统的总失效率,i为器件种类数,且i=1,2,...,n,λGi为第i种器件在规定环境下的通用失效率,Ni为第i种器件的数量,πQi为第i种器件的通用质量系数。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,其特征在于,所述GO操作符计算模型中GO操作符包括信号发生器、两状态单元、触发发生器和与
4.根据权利要求3所述的永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,其特征在于,所述信号发生器用于模拟单信号源,没有输入信号,根据各元器件平均失效率计算公式,信号发生器输出状态概率矩阵PR1的表示公式如下:
PR1=[PR10 PR11];
其中,PR10表示信号发生器输出信号的提前状态概率,PR11表示信号发生器输出信号的成功状态概率。
5.根据权利要求3所述的永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,其特征在于,所述两状态单元只有两个状态,即成功状态0和故障状态1,用于模拟两状态部件,两状态单元的输入信号状态概率矩阵PS2的表示公式为PS2=[PS20(0) PS21(1)],其中,PS20(0)表示两状态单元的输入信号为成功状态,PS21(1)表示两状态单元的输入信号为故障状态;两状态单元操作符状态概率矩阵PC2的表示公式为PC2=[0 PS21(1)];根据状态概率矩阵算法,两状态单元的联合状态概率矩阵Φ2的表示公式为 其中,
表示操作符状态概率矩阵PS2的转置;两状态单元输出信号的状态概率矩阵PR2的表示公式如下:
PR2=[Φ201 Φ211];
其中,Φ201表示两状态单元输出信号的提前状态概率,Φ211表示两状态单元输出信号的成功状态概率。
6.根据权利要求3所述的永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,其特征在于,所述触发发生器为单输入单输出的操作符,具有3个状态,即提前状态0、成功状态1和故障状态2,触发发生器的输入信号状态概率矩阵PS3的表示公式为PS3=[PS30(0) PS31(1)],触发发生器操作符状态概率矩阵PC3的表示公式为PC3=[0 PS31(1)],触发发生器的联合状态概率矩阵Φ3的表示公式为 其中, 表示操作符状态概率
矩阵PS3的转置;触发发生器的输出信号状态概率矩阵PR3的表示公式如下:
7.根据权利要求3所述的永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,其特征在于,所述与门表示输入信号与输出信号的逻辑关系,为多输入单输出的操作符,与门的联合状态概率矩阵Φ4的表示公式为 其中,PS4表示与门的输
入信号状态概率矩阵, 表示操作符状态概率矩阵PS4的转置;与门的输出信号状态概率矩阵PR4的表示公式如下:

说明书全文

一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法

技术领域

[0001] 本发明涉及永磁同步电机控制系统可靠性技术领域,具体涉及一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法。

背景技术

[0002] 新能源电动飞机的电推进系统由电源、控制器、永磁同步电机等一系列零部件组成。永磁同步电机控制系统是飞机上的重要的机载设备,直接影响着飞机的飞行质量和飞行安全。永磁同步电机控制系统结构复杂,是一个多状态、有时序和多反馈的系统。目前,对于有多种状态、有信号反馈和有时序性的系统分析,现有的可靠性方法计算复杂,大部分都是基于人工计算,不利于对多状态复杂系统的可靠性分析,并且建模困难,不能反映系统在具体时间节点处的状态和各部件之间的相互关系。因此,如何精确地对永磁同步电机控制系统进行可靠性分析,是目前本领域需要解决的问题。

发明内容

[0003] 针对现有技术存在的问题,本发明提供一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,本方法以GO法为基础,结合状态概率矩阵算法建立SIMULINK仿真模型,提高了可靠性计算效率并且结果更精确。
[0004] 为了实现上述目的,本发明提供一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,包括以下步骤:
[0005] 步骤1:根据永磁同步电机系统的工作原理建立永磁同步电机系统框图
[0006] 步骤2:根据系统中各元器件的功能特点与GO操作符的定义,确定各元器件类型及各部件连接关系,将系统框图转化为系统GO图;所述系统GO图为系统中各部件连接关系及信号流向示意图;
[0007] 步骤3:根据永磁同步电机控制系统各元器件可靠性参数,计算各元器件平均失效率;
[0008] 步骤4:根据状态概率矩阵算法建立操作符SIMULINK仿真模型;所述操作符SIMULINK 仿真模型为根据状态概率矩阵算法在MATLAB/SIMULINK下建立的GO操作符计算模型;
[0009] 步骤5:在SIMULINK下,用操作符SIMULINK仿真模型替换系统GO图中的操作符,根据系统GO图中各部件连接规则得到永磁同步电机控制系统的可靠性分析仿真模型;
[0010] 步骤6:将各部件状态概率带入到可靠性分析仿真模型中,运行即可得到各部件与各信号流的可靠性指标。
[0011] 进一步地,所述各元器件平均失效率的计算公式如下:
[0012]
[0013] 其中,λ为元器件或系统的总失效率,i为器件种类数,且i=1,2,...,n,λGi为第i种器件在规定环境下的通用失效率,Ni为第i种器件的数量,πQi为第i种器件的通用质量系数。
[0014] 进一步地,所述GO操作符计算模型中GO操作符包括信号发生器、两状态单元、触发发生器和与
[0015] 进一步地,所述信号发生器用于模拟单信号源,没有输入信号,根据各元器件平均失效率计算公式,信号发生器输出状态概率矩阵PR1的表示公式如下:
[0016] PR1=[PR10 PR11];
[0017] 其中,PR10表示信号发生器输出信号的提前状态概率,PR11表示信号发生器输出信号的成功状态概率。
[0018] 进一步地,所述两状态单元只有两个状态,即成功状态0和故障状态1,用于模拟两状态部件,两状态单元的输入信号状态概率矩阵PS2的表示公式为PS2=[PS20(0) PS21(1)],其中,PS20(0)表示两状态单元的输入信号为成功状态,PS21(1)表示两状态单元的输入信号为故障状态;两状态单元操作符状态概率矩阵PC2的表示公式为PC2=[0 PS21(1)];根据状态概率矩阵算法,两状态单元的联合状态概率矩阵Φ2的表示公式为其中, 表示操作符状态概率矩阵PS2的转
置;根据各元器件平均失效率计算公式,两状态单元输出信号的状态概率矩阵PR2的表示公式如下:
[0019] PR2=[Φ201 Φ211];
[0020] 其中,Φ201表示两状态单元输出信号的提前状态概率,Φ211表示两状态单元输出信号的成功状态概率。
[0021] 进一步地,所述触发发生器为单输入单输出的操作符,具有3个状态,即提前状态0、成功状态1和故障状态2,触发发生器的输入信号状态概率矩阵PS3的表示公式为 PS3=[PS30(0) PS31(1)],触发发生器操作符状态概率矩阵PC3的表示公式为PC3=[0 PS31(1)],触发发生器的联合状态概率矩阵Φ3的表示公式为
其中, 表示操作符状态概率矩阵PS3的转置;根据各元器件平均失效率计算公式,触发发生器的输出信号状态概率矩阵PR3的表示公式如下:
[0022]
[0023] 进一步地,所述与门表示输入信号与输出信号的逻辑关系,为多输入单输出的操作符,与门的联合状态概率矩阵Φ4的表示公式为其中, PS4表示与门的输入信号状态概率矩阵, 表示操作符状态概率矩阵PS4的转置;根据各元器件平均失效率计算公式,与门的输出信号状态概率矩阵PR4的表示公式如下:
[0024]
[0025] 本发明的有益效果:
[0026] 本发明提出一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,提出了一种GO法与状态概率矩阵算法结合的运算方法对永磁同步电机控制系统进行可靠性分析,用计算机代替了复杂的人工计算,提高了计算效率并且可靠性分析结果更精确。附图说明
[0027] 图1为本发明实施例中永磁同步电机控制系统可靠性分析方法的流程图
[0028] 图2为本发明实施例中永磁同步电机控制系统的结构框图;
[0029] 图3为本发明实施例中永磁同步电机控制系统可靠性分析方法的信号发生器SIMULINK 模型;
[0030] 图4为本发明实施例中永磁同步电机控制系统可靠性分析方法的两状态单元SIMULINK 模型;
[0031] 图5为本发明实施例中永磁同步电机控制系统可靠性分析方法的与门SIMULINK模型;
[0032] 图6为本发明实施例中永磁同步电机控制系统的GO图;
[0033] 图7为本发明实施例中永磁同步电机控制系统可靠性分析方法的仿真模型;
[0034] 其中,(a)为仿真模型的左半部分,(b)为仿真模型的右半部分。

具体实施方式

[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优势更加清晰,下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0036] 一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法,以GO法为基础,结合状态概率矩阵算法建立SIMULINK仿真模型,所述GO法是以功能流为导向,将系统的原理图或工程图按一定的规则转化成为GO图,进而定性或定量的分析系统可靠性的方法;所述SIMULINK是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,SIMULINK是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。一种永磁同步电机控制系统可靠性分析方法的流程如图1所示,具体方法如下所述:
[0037] 步骤1:根据永磁同步电机系统的工作原理建立永磁同步电机系统框图。
[0038] 如图2所示,永磁同步电机控制系统是由一套复杂电子电气设备组成的高度集成化系统,它包含上千个元器件,主要由电源、IGBT、驱动电路以及PMSM等组成。电流传感器电压传感器、光电编码器等传感器信号经过信号处理电路输入数字信号控制器进行运算处理,然后数字信号控制器(DSP)输出控制信号,该信号经总线收发器传给IGBT驱动器,通过三相IGBT的通断输出三相脉冲宽度调制波形(PWM),进而实现电机转速和转向的控制。
[0039] 步骤2:根据系统中各元器件的功能特点与GO操作符的定义,确定各元器件类型及各部件连接关系,将系统框图转化为系统GO图;所述系统GO图为系统中各部件连接关系及信号流向示意图。
[0040] 步骤3:根据永磁同步电机控制系统各元器件可靠性参数,计算各元器件平均失效率。
[0041] 所述各元器件平均失效率的计算公式如下:
[0042]
[0043] 其中,λ为元器件或系统的总失效率,i为器件种类数,且i=1,2,...,n,λGi为第i种器件在规定环境下的通用失效率,Ni为第i种器件的数量,πQi为第i种器件的通用质量系数。
[0044] 步骤4:根据状态概率矩阵算法建立操作符SIMULINK仿真模型;所述操作符仿真计算模型为根据状态概率矩阵算法在MATLAB/SIMULINK下建立的GO操作符计算模型。
[0045] 所述GO操作符计算模型中GO操作符包括信号发生器、两状态单元、触发发生器和与门。
[0046] 所述信号发生器用于模拟单信号源,没有输入信号,信号发生器的SIMULINK模型如图 3所示,根据各元器件平均失效率计算公式,信号发生器输出状态概率矩阵PR1的表示公式如下:
[0047] PR1=[PR10 PR11];
[0048] 其中,PR10表示信号发生器输出信号的提前状态概率,PR11表示信号发生器输出信号的成功状态概率。
[0049] 所述两状态单元只有两个状态,即成功状态0和故障状态1,用于模拟两状态部件,两状态单元的SIMULINK模型如图4所示,两状态单元的输入信号状态概率矩阵PS2的表示公式为PS2=[PS20(0) PS21(1)],其中,PS20(0)表示两状态单元的输入信号为成功状态,PS21(1)表示两状态单元的输入信号为故障状态;两状态单元操作符状态概率矩阵PC2的表示公式为 PC2=[0 PS21(1)];根据状态概率矩阵算法,两状态单元的联合状态概率矩阵Φ2的表示公式为 其中, 表示操作符状态概率矩阵PS2的转置;根据各元器件平均失效率计算公式,两状态单元输出信号的状态概率矩阵PR2的表示公式如下:
[0050] PR2=[Φ201 Φ211];
[0051] 其中,Φ201表示两状态单元输出信号的提前状态概率,Φ211表示两状态单元输出信号的成功状态概率。
[0052] 所述触发发生器为单输入单输出的操作符,用于模拟继电器线圈、传感器、气动执行器等元器件,具有3个状态,即提前状态0、成功状态1和故障状态2,触发发生器的输入信号状态概率矩阵PS3的表示公式为PS3=[PS30(0) PS31(1)],触发发生器操作符状态概率矩阵PC3的表示公式为PC3=[0 PS31(1)],触发发生器的联合状态概率矩阵Φ3的表示公式为其中, 表示操作符状态概率矩阵PS3的转置;根据各元器件平均失效率计算公式,触发发生器的输出信号状态概率矩阵PR3的表示公式如下:
[0053]
[0054] 所述与门表示输入信号与输出信号的逻辑关系,为多输入单输出的操作符,与门的  SIMULINK模型如图5所示,与门的联合状态概率矩阵Φ4的表示公式为其中,PS4表示与门的输入信号状态概率矩阵,
表示操作符状态概率矩阵PS4的转置;根据各元器件平均失效率计算公式,与门的输出信号状态概率矩阵PR4的表示公式如下:
[0055]
[0056] 如图6所示,图中操作符内左侧数字为操作符类型,右侧数字为操作符对应编号,箭头表示信号的走向,也就是信号流,其中,左侧数字5表示信号发生器,左侧数字1表示两状态单元,左侧数字3表示触发发生器,左侧数字10表示与门。
[0057] GO图模型中以电源作为整个系统的唯一的输入,以PMSM在DSP控制下正常运转作为整个系统的输出。
[0058] 表1 PMSM控制系统可靠性数据
[0059]
[0060] 在MATLAB/SIMULINK仿真环境下,将表1中各部件的状态概率输入到仿SIMULINK 真模型的constant模中,运行SIMULINK仿真模型得到永磁同步电机控制系统的工作概率为9.95919e-1,停工概率为4.08096e-3。根据得出可靠性数据可对系统做出评估与分析,针对系统或某个部件提出改进设计。
[0061] 步骤5:在SIMULINK下,用操作符SIMULINK仿真模型替换系统GO图中的操作符,根据系统GO图中各部件连接规则得到永磁同步电机控制系统的可靠性分析仿真模型,如图 7所示。
[0062] 步骤6:将各部件状态概率带入到可靠性分析仿真模型中,运行即可得到各部件与各信号流的可靠性指标。
[0063] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解;其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;因而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈