目錄

• 1 什么是容錯控制?
• 2 故障容錯控制
• 3 故障容錯控制的研究熱點
• 4 參考文獻

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1 什么是容錯控制?

在基于PMSM的高性能矢量控制伺服調速系統中，需耍實時精確地知道電機轉子的旋轉位置和速度信息，這些信息的獲取最多的是通過安裝在電機上的位置傳感器，如旋變器，編碼器等。然而，這些位置傳感器卻對環境具有很強的敏感性，容易發生失效或者故障，在這種情況下會導致系統崩潰或者傷及人員安全，尤其在一些特殊領域。為了保證伺服系統運行的持續性和安全性等要求，就必須考慮冗余以及其他的保護措施。因此，對于伺服調速系統中PMSM位置傳感器故障容錯控制研宄就應用而生。

文獻[2]中著重對位置傳感器故障診斷和故障容錯進行研究，旨在用無傳感器技術實現位置傳感器的故障診斷和容錯控制技術。在位置傳感器正常工作時，狀態觀測器實時地監視從位置傳感器獲取的速度信息，相當于故障診斷模式。一旦診斷出出位置傳感器發生故障，伺服調速系統能夠平滑地無較大抖動地切換到無傳感器控制模式運行。在位置傳感器故障恢復之后，控制系統乂能夠平泔地無較大抖動地從無傳感器模式切換到有傳感器模式，以此來提高交流伺服的穩定和安全性能。

尤其在一些特殊情況下，如潮濕、低溫、電磁干擾和振動等，或者是使用壽命到期，位置傳感器會發生失效或者完全故障等情況，進而對系統造成影響，我們稱之為故障。這種故障小則系統還能繼續穩定運行，大則會危害系統的穩定和安全，甚至人員安全。在這種需求下就需要在系統發生故障時系統能夠自己檢測出哪里出現了故障，并且還能在一定性能下能夠繼續運行。前者，我們將其稱之為故障診斷，對應的后者我們將其稱之為故障容錯。

對于一個系統而言，如果系統中某個元件或者部分發生異常，則對應的系統中的部分或者某個參數就會發生變化，這種變化與正常情況相比會表現出不同的特性，利用這種特性就可以定位診斷出系統哪里出現了故障。

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2 故障容錯控制

目前，故障診斷方法主要包括基于系統模型的和不依賴于模型的故障診斷方法。

基于系統模型的故障診斷方法，其基本思路是構建狀態觀測器對系統狀態量進行估計并將其與實際測量值進行比較分析以此來判斷和辨識出哪里故障，這種分析方法的基本要求就是要保證狀態觀測器的狀態估計值具有一定的準確性。雖然該方法具有較好的實時性，但是對系統模型具有較強的依賴性。因此，就需要對故障診斷的敏感性和系統參數的魯棒性進行綜合考慮，已達到最優的效果。

不依賴于系統模型故障診斷方法，主要是考慮到在有些情況下，系統的模型很難準確建立，這就需要我們從其他角度考慮，來獲取系統的故障信息。目前，主要有兩種：一種是利用信號的方法，另一種是利用知識的方法。利用信號的方法就是利用可測信號的輸入輸出的變化規律和趨勢進行分析辨識。如果系統正常，它們是收斂的，在一定的范圍內變化的，如果它們的變化趨勢超出了該范圍，我們就可以認定有故障發生。另一種是利用信號處理手段，即對系統的輸出信號進行頻譜和相關性等方面進行處理分析，根據分析結果進行判斷以及故障定位和隔離。還有一種就是利用知識的方法，其優點是對數學模型的精確性不高，該類方法主要有基于模糊控制、神經網絡以及其他智能控制的方法^[3-8]。

一般來講，故障容錯控制（FTC）和故障診斷是息息相關的，一旦成功診斷出故障之后，系統就需要立即重新配置控制器使得控制系統從故障模式切換到安全模式以保證自動控制系統安全穩定運行。

故障容錯控制思想，可參考文獻[2]中的16頁。

旋轉變壓器和旋轉式光電編碼器可以通過硬件檢測是否產生故障并通過引腳電平發送信息。另外還可以通過軟件法來診斷故障，該方法雖然需要一定的處理器資源，但是其具有很好的適應性，對環境沒有過多的要求。如通過構造狀態觀測器對伺服調速系統中PMSM轉子速度和位置進行狀態估計并與實際機械式傳感器的輸出值進行比較，進而判斷位置傳感器是否發生異常或者故障。

文獻[6]考慮到前人研究中位置傳感器故障診斷和容錯控制是獨立分別進行的，這樣會造成過多的資源浪費。因此，提出了利用狀態觀測器進行故障診斷和故障容錯控制的方法，即用狀態觀測器進行系統監控和故障診斷，一旦系統檢測出故障就會從有位置傳感器模式切換到無位置傳感器模式運行，實驗結果表明該方法實現簡單并且運行可靠，不耑要額外的硬件設備投入，系統成本低，效果優良，在一定程度上提高了系統的可靠性。

故障容錯控制的研究意義就是能夠在系統發生故障的情況下依然可以穩定可靠的運行，并且還能夠保證一定的系統運行性能指標。在龐大和復雜的控制系統中，故障容錯控制方案毫無疑問的為系統添加了新的一道防線。

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3 故障容錯控制的研究熱點

故障檢測和隔離的快速性和準確性研究。無論是硬件還是軟件都存在時延的問題，這種時延的存在尤其在軟件算法上表現的更為突出。對于故障診斷而言，這種時延越短，對系統的穩定性和動態性能就越好。因此，必須研究快速而且高可靠性的故障診斷方法。

容錯系統重建和過渡問題研究。一旦檢測出系統發生故障，就需要實時地調節系統的參數或者重組系統結構，使得系統依然能夠在一定運行性能的情況下正常可靠的工作。因此，如何選擇合適的系統參數以及如何重組系統和平滑切換是研究的技術難點。

智能容錯控制研究。智能控制不依賴于對象、并且對非線性系統具有較好的適應性的特點越來越受人們的歡迎。對于高效智能容錯控制技術的研究是一個非常有意義的課題^[4]。

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4 參考文獻

[1]李長明.新能源汽車永磁電機位置傳感器故障分析及處理的研究[D].安徽工程大學,2019.
[2]高玉文.位置傳感器故障下的伺服容錯控制研究[D].電子科技大學,2017.
[3]袁侃.復雜系統的故障診斷及容錯控制研究[D].南京：南京航空航天大學,2010.
[4]王德軍.故障診斷與容錯控制方法研究[D].長春：吉林大學,2004.
[5]沈啟坤.基于自適應控制技術的故障診斷與容錯控制研究[D].南京：南京航空航天大學,2015.
[6]于泳，蔣生成，王高林，等.基于狀態觀測器的感應電機速度傳感器故障診斷及容錯控制[J].中國電機工程學報,2012.
[7]周桂法,王堅.基于神經網絡的機車速度傳感器故障診斷方法研究機車電傳動.2010.
[8]董靜,萬秋華,趙長海,等.光電編碼器故障診斷技術研究現狀與展望[J]．中國光學,2015.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的温故知新（八）——永磁电机容错控制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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