永磁同步电机系统的不同回路中同时存在着缓慢变化的扰动、周期性的扰动和非周期性的扰动。其中，电流测量通道中主要存在的是周期性的扰动[10，11]。因此，假设传感器回路未知输入扰动为d ＝5 sin（500t）的高频周期性扰动。

永磁同步电机系统传感器故障有不同的类型，因为间歇性故障是一种特殊的随机突变故障，缓变故障随时间的演化与缓慢的参数变化有相同的特征，因此缓变故障和间歇性故障最难估计和检测[12-14]。本章选择缓变故障（非线性故障）和间歇性故障（线性故障）来验证所设计方法的有效性。

在电机运行时，假定仅有一个电流传感器发生故障，这是一个现实的假设，因为两个电流传感器同步故障的概率是非常低的[9]。

1. a 相发生缓变故障

故障表达式如下：

图5-3 和图5-4 分别为定子 α 和 β 轴电流实际值和观测值；图5-5 为转矩波形和电流传感器输出的定子三相电流；图5-6 为a 相电流传感器故障及其重构值和传感器回路未知输入扰动及其估计值。从图中波形可知，故障发生后，三相电流的平衡被破坏，a 相电流传感器测得的电流和定子α-β 轴电流在0.3 s 后发生时变偏移；0.3 s 在a 相发生初始值约为29.17 的缓变故障后，电磁转矩发生振荡且振荡幅度逐渐增大。故障和未知输入扰动重构算法能够很好地对发生的缓变故障和高频未知输入扰动实现重构。0.5 s 转矩增加为1 000 N·m 时，电流频率不变，幅值增加，转矩的变化不影响电流的观测和故障以及未知输入扰动的重构。

图5-3　α 轴定子电流实际和观测值

图5-4　β 轴定子电流实际和观测值

图5-5　电磁转矩和三相电流测量值

图5-6　a 相电流传感器故障、扰动及其重构值

2. b 相发生间歇故障

故障表达式如下：

图5-7 和图5-8 分别为定子α 和β 轴电流实际值和观测值；图5-9 为转矩波形和电流传感器输出的定子三相电流；图5-10 为b 相电流传感器故障及其重构值和传感器回路未知输入扰动及其估计值。从图中波形可知，故障发生后，三相电流的平衡被破坏，b 相电流发生相应的间歇性偏移，a、c 两相电流幅值略有增加，定子α 轴电流幅值略有增加，定子β 轴电流发生相应的间歇性偏移，电磁转矩发生相应的等幅振荡。故障和未知输入扰动重构算法能够很好地对发生的间歇性故障和高频未知输入扰动实现重构。在0.3～0.5 s，故障值变为0 时，电流和转矩恢复正常。0.5 s转矩增加为1 000 N·m 时，电流频率不变，幅值增加，转矩的变化不影响电流的观测和故障以及未知输入扰动的重构。

图5-7　α 轴定子电流实际和观测值

图5-8　β 轴定子电流实际和观测值

图5-9　电磁转矩和三相电流测量值

图5-10　b 相电流传感器故障、扰动及其重构值

采用第2章中RT-LAB 硬件在环实验系统进行实验，永磁同步电机参数见表2-1。仿真中PWM 载波频率设为5 kHz，采样周期设为20 μs。(www.daowen.com)

图5-11 为a 相电流传感器发生缓变故障情况下转矩、故障及其重构值、未知输入扰动及其估计值、定子α-β 轴电流实际值和观测值以及三相电流的实验结果；图5-12 为b 相电流传感器发生间歇故障情况下转矩、故障及其重构值、未知输入扰动及其估计值、定子α-β 轴电流实际值和观测值以及三相电流的实验结果。

图5-11　a 相电流传感器发生缓变故障时实验波形

图5-12　b 相电流传感器发生间歇故障时实验波形

通过对比不同情况下的仿真结果和实验波形，证明了所设计的观测器能够准确辨识定子电流波形，故障重构算法能够对发生的电流传感器缓变故障和间歇故障进行有效重构，未知输入扰动重构算法能够对传感器回路中发生的高频干扰进行有效估计。