双三相永磁同步电机驱动系统开路故障免诊断自修复方法技术方案

本发明专利技术公开了双三相永磁同步电机驱动系统开路故障免诊断自修复方法，涉及电机故障诊断技术，属于测量、测试的技术领域。本发明专利技术提出的免诊断自修复方法综合了PI控制和无差拍控制的优势，通过优化谐波电流平面给定的参考值，使得双三相电机驱动系统原本被抑制的自愈能力得到充分发挥，实现了高性能容错控制，不需要预先对故障类型进行诊断，普遍适用于开关管故障、电机单相开路和多相开路故障，从根本上避免了误诊断和诊断耗时引起的长时间故障运行的问题。同时，本方法也不需要根据不同故障类别修改电机模型、调制策略或控制框架，降低了控制的复杂度，将容错方案本身产生的不利影响降至最低。

Diagnosis free self repair method for open circuit fault of dual three phase permanent magnet synchronous motor drive system

【技术实现步骤摘要】
双三相永磁同步电机驱动系统开路故障免诊断自修复方法
本专利技术公开了双三相永磁同步电机驱动系统故障免诊断自修复方法，涉及电机故障诊断技术，属于测量、测试的

技术介绍
近年来，多相电机驱动系统在诸如航空航天、电动汽车、舰艇推进等大功率、高可靠性应用领域引起了越来越广泛的关注。在各类多相电机中，双三相电机驱动系统因其能通过对两套绕组的协同控制消除六次转矩脉动而成为一种很有前景的新型驱动系统。在可靠性要求较高的系统中，尽早识别任何潜在的异常和故障并实施容错控制，可最大限度保留电机驱动系统原有运行性能，并避免危险情况的发生。现有的容错控制往往存在以下两方面的问题：一方面，传统的多相电机开路容错控制策略必须根据故障类型对原有的电机模型、调制策略或控制框架进行修改，这使得容错控制策略变得复杂，进而占用大量计算资源，降低了直流母线电压利用率，并会导致系统暂态切换过程的不稳定。另一方面，目前的故障检测方法往往只针对单类或几类故障进行研究。但不同种类的故障可能存在相同的故障特征，容易误诊断，并可能造成更严重的损害。同时，诊断故障需要一定时间，这导致容错策略的引入不可避免地存在延迟，可能导致长时间故障运行问题。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供了双三相永磁同步电机驱动系统故障免诊断自修复方法，能够快速、准确地对电机开路故障进行容错控制，无需对故障类型进行诊断，避免了误诊断和诊断耗时引起长时间故障运行的问题。同时也不需要对电机模型、调制策略和控制框架进行调整，解决了现有多相电机容错控制策略存在的控制方案复杂、误诊断与诊断耗时的技术问题。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种双三相永磁同步电机驱动系统开路故障免诊断自修复方法，其步骤如下：1)对电机速度传感器、相电流传感器输出信号进行采集，并通过解耦变换模块获得αβ轴和xy轴电流分量；2)通过增强型锁相环模块得到k时刻xy轴电流的幅值和相位信息；3)考虑电机旋转和采样延迟，对xy轴电流的相位进行两个采样周期的相位补偿得到k+2时刻xy轴电流的相位信息；4)将由增强型锁相环得到的电流幅值乘以最小损耗系数Kml，得到考虑损耗的新的xy轴电流幅值，再与xy轴补偿后的相位相结合，得到考虑损耗的、补偿后的xy轴电流，最小损耗系数Kml应小于1，在达到控制效果的前提下越大越好；5)将补偿后的xy轴电流幅值与预先设定的阈值Ith进行比较，若补偿后的xy轴电流幅值小于等于阈值，则xy轴电流参考值设定为0，与正常运行一致，若补偿后的xy轴电流幅值大于阈值，则xy轴电流参考值设定为考虑损耗的、补偿后的xy轴电流值，其中，xy轴电流阈值应选取各自正常运行时脉动最大幅值的二倍以上；6)电流预测模块通过对电机电压、电流微分方程进行离散化处理，得到xy轴电流k+1时刻的预测值；7)基于电流无差拍控制的思想，无差拍控制模块将xy轴电流参考值作为k+2时刻的预测值，计算出考虑了一个采样周期时间延迟影响的xy轴电压空间矢量参考值；8)根据dq轴电流闭环PI控制得到的转矩平面电压空间矢量参考值和无差拍模块计算得到的谐波平面电压空间矢量参考值，使用矢量空间解耦逆变换得到六相电压参考值；9)空间矢量调制模块根据各相电压矢量参考值进行调制，并输出相应脉冲作用信号对逆变器进行控制。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：(1)本专利技术提出的混合控制框架结合了PI控制和无差拍控制两者的优势，PI控制确保了dq轴电流的精确控制，无差拍控制保证了xy轴电流对直流和交流形式的电流参考值都具有良好的跟踪性能，奠定了容错控制的基础，通过优化谐波电流平面给定的参考值，使得双三相电机驱动系统原本被抑制的自愈能力得到充分发挥，实现了高性能容错控制。(2)因为不需要预先对故障类型进行诊断，本专利技术从根本上避免了误诊断的问题，也避免了诊断耗时引起的长时间故障运行的问题。(3)本专利技术提出的免诊断自修复容错控制策略具有普适性，适用于多相电机驱动系统开关管开路故障、单相开路故障和多相开路故障的工况，避免了误诊断的情况。(4)本专利技术提出的容错控制策略不需要根据不同的故障类别修改电机模型、调制策略或控制框架，避免了针对不同的故障类型和故障位置而对容错控制策略进行的复杂调整，并且降低了控制的复杂度，将容错方案本身产生的不利影响降至最低。附图说明图1是用于双三相永磁同步电机驱动系统的混合控制结构框图；其中，1.1是速度环PI调节器，1.2是q轴电流PI调节器，1.3是d轴电流PI调节器，1.4是同步逆变换模块，1.5是解耦逆变换模块，1.6是极坐标变换模块，1.7是三相电压空间矢量调制模块，1.8是直流母线，1.9是六相逆变器，1.10是双三相永磁同步电机，1.11是解耦变换模块，1.12是谐波平面电流预测模块，1.13是双三相永磁同步电机的测速编码器，1.14是无差拍控制模块，1.15是同步变换模块，1.16是转速计算模块。图2(a)和图2(b)分别是A相开路故障下α1-β1平面和α2-β2平面的电流轨迹图；其中，2.1是A相电流正方向，2.2是B相电流正方向，2.3是C相电流正方向，2.4是电机正常运行时α1-β1平面电流的轨迹，2.5是电机故障状态下α1-β1平面电流的实际轨迹，2.6是电机故障状态下α1-β1平面电流的理想轨迹，2.7是D相电流正方向，2.8是E相电流正方向，2.9是F相电流正方向，2.10是电机正常运行时α2-β2平面电流的轨迹，2.11是电机故障状态下α2-β2平面电流的实际轨迹，2.12是电机故障状态下α2-β2平面电流的理想轨迹，2.13是xy轴电流闭环控制效果，对应图中指向β2坐标轴的水平箭头，2.14是dq轴电流闭环控制效果，对应图中指向理想轨迹的水平箭头。图3是A相开路故障下x轴电流波形图；其中，3.1是x(y)轴电流实际值，3.2是x(y)轴电流理想值，3.3是x(y)轴电流给定参考值，3.4是dq轴电流闭环控制效果，对应图中指向理想轨迹的竖直箭头，3.5是x(y)轴电流闭环控制效果，对应图中指向时间轴的竖直箭头。图4是谐波平面电流参考值的优化方法结构框图；其中，4.1是增强型锁相环模块，4.2是最小损耗系数，4.3是相位转换模块，4.4是参考值生成模块。图5是谐波平面电流自修复过程图；其中，5.1是x(y)轴电流的实际值，5.2是x(y)轴电流的给定参考值，5.3是x(y)轴电流的理想值。图6(a)和图6(b)分别是单相开路故障下α1-β1平面和α2-β2平面的理想电流轨迹图；其中，6.1是A相电流的正方向，6.2是电机D相开路故障下α1-β1平面电流理想轨迹，6.3是电机正常状态下α1-β1平面电流轨迹，6.4是B相电流的正方向，6.5是电机E相开路故障下α1-β1平面电流理想轨迹，6.6是C相电流的正方向，6.7是电机F相开路故障下α1-β1平面电流理想轨迹，6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双三相永磁同步电机驱动系统开路故障免诊断自修复方法，其特征在于，采用PI控制策略对

【技术特征摘要】
1.双三相永磁同步电机驱动系统开路故障免诊断自修复方法，其特征在于，采用PI控制策略对dq轴电流进行闭环控制以更新转矩平面参考电压，对xy轴电流进行无差拍控制以更新谐波平面参考电压，其中，无差拍控制中xy轴电流参考值的确定方法为：初始化xy轴电流参考值为0，提取当前时刻xy轴电流的幅值和相位信息，对当前时刻xy轴电流的幅值和相位分别进行最小损耗系数的放大处理和两个采样周期的相位补偿得到更新后的xy轴电流，在更新后的xy轴电流超过阈值时将更新后的xy轴电流作为xy轴电流参考值，而在更新后的xy轴电流未超过阈值时保持xy轴电流参考值为0。


2.根据权利要求1所述双三相永磁同步电机驱动系统开路故障免诊断自修复方法，其特征在于，无差拍控制中，以xy轴电流参考值为k+2时刻的预测值，以根据电机相电流采样值及电压采样值预测的xy轴电流为k+1时刻的xy轴电流，根据k+2时刻xy轴电流的预测值，对k+1时刻的xy轴电流进行无差拍控制得到考虑了一个采样周期时间延迟影响的谐波平面参考电压值，对谐波平面参考电压的更新值及dq轴电流闭环控制中更新的转矩平面参考电压进行解耦变换、极坐标转换、空间矢量变换更新电机驱动信号。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王政，顾珉睿，王学庆，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32