An observer-based approach for sensors (position/speed, currents and DC-link voltage) fault detection and diagnosis in PMSM drive

摘要

The paper describes a strategy for the mechanical, current and DC bus voltage sensor Fault Detection and Diagnosis (FDD) of a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) drive. The method is based on three observers. The Extended Kalman Filter (EKF) is designed to estimate the position in case of mechanical sensor fault. A Model Reference Adaptive System (MRAS) estimates the phase currents using the actual position and speed and a nonlinear observer computes the DC link voltage from the phase currents and the duty cycles. The computation and sort of the residuals (difference between measured and estimated values) allows the fault isolation. The method is evaluated on a test bench with mechanical, phase current and DC voltage sensor faults. The experimental results show the effectiveness and the capability of fault detection and diagnosis of the proposed strategy.%Ce travail présente une méthodologie de détection et de diagnostic de défauts de capteur mécanique, de capteur de courant de phase ou de capteur du bus de tension continue pour un actionneur électrique à machine synchrone à aimants permanents. Elle s'appuie sur trois observateurs : un filtre de Kalman étendu pour l'estimation de la position du rotor, un modèle de référence adaptatif pour estimer les courants de phase et un observateur non linéaire pour estimer la tension du bus continu. La comparaison des estimations avec les valeurs mesurées permet de générer des résidus dont l'analyse permet le diagnostic et la localisation du défaut. La méthodologie est évaluée en insérant des défauts dans les valeurs mesurées sur un banc expérimental équipé d'une machine synchrone à aimants permanents de 15kW piloté par un système dSpace. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de l'approche aussi bien sur la rapidité de la détection que la robustesse du diagnostic.