本发明专利技术公开了一种双绕组永磁容错电机驱动系统的开路故障诊断方法，该方法将采集到的电机相电流分别经过低通滤波器、Clark变换、Park矢量处理器、归一化处理器、平均值计算器、绝对值计算器和绝对值取平均处理器的变换和处理得到电机归一化相电流的平均值和归一化相电流绝对值的平均值，以这两个值为基础来构造系统的故障诊断变量，从而实现对双绕组永磁容错电机驱动系统开路故障的实时检测和定位。该方法不需要增加额外的电流传感器，简单易行，可靠性高，通过对归一化电流平均值和其绝对值的平均值的联合使用，避免了常规诊断方法由于负载突变等原因易产生的误诊断，同时诊断时间也大大缩短，可以有效地实时检测和定位系统的开路故障。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机驱动系统的可靠性和故障诊断领域，尤其是涉及双绕组永磁容错 电机驱动系统的开路故障诊断方法。
技术介绍
随着多电、全电飞机及混合、纯电动汽车的发展，电机驱动系统迎来了新的发展机 遇和挑战，除了要求高功率密度和高效率外，同时还需具备高输出性能和高可靠性，这已成 为电机驱动系统的关键所在。20世纪90年代，永磁容错电机及其控制系统的出现，提高了 系统的安全可靠性，且已应用到航空领域。但是，由于电磁干扰，绝缘老化，接触不良等原 因，常会使驱动系统中的电机和功率变换器产生一些电气故障，这些电气故障可以归结为 四种类型：功率管断路故障、功率管短路故障、绕组断路故障和绕组短路故障。当电机驱动 系统发生故障后，电机非对称运行，输出转矩将出现脉动，产生较大的机械噪声，导致系统 的整体性能下降，尤其是输出功率大大降低，甚至不能正常工作，严重危害系统的安全，因 此系统故障时的容错控制能力就成为了一个非常突出的问题。然而，要研究系统故障时的 容错控制能力首先就要求能够对系统的故障进行准确地检测和定位，因此研究电机驱动系 统的故障诊断技术就尤其重要了。 相比于开路故障，短路故障已经存在许多比较成熟的诊断方案，而相比于短路故 障，开路故障发生后往往电机还能够继续运行，所以不易被发现，但其危害较大，因为在此 情况下其余IGBT将流过更大的电流，易发生过流故障；且电机电流中存在直流电流分量， 会引起转矩减小、发热、绝缘损坏等问题，如不及时处理开路故障，将会引发更大的事故。因 此，对电机驱动系统开路故障诊断方法的研究更加必要。归纳国内外学者在IGBT开路故障 诊断方法上所展开的研究，主要有专家系统法、电流检测法和电压检测法三种。 专家系统法基于经验积累，将可能发生的故障一一列出，归纳出规律并建立知识 库，当发生故障的时候只需要观测故障现象，查询知识库即可判断故障类型，难点在于难以 穷尽所有的故障现象并得到完备的故障知识库，而有些故障模态往往与系统正常运行时的 某种状态时非常相似，造成了难以准确匹配故障。电压检测法通过考察系统故障时电机相 电压、电机线电压或电机中性点电压与正常时的偏差来诊断故障。只需要四分之一基波周 期便能检测出故障，大大缩短了诊断时间，但是这种方法需要增加电压传感器，通用性差。 电流检测法最为常用，因为其系统的参数和控制策略是独立的，且不需要增加额 外的传感器，其中又派生出平均电流Park矢量法、单电流传感器法和电流斜率法等。平均 电流Park矢量法又是其中较好的一种方法，以Coimbra大学的A. J. Marques Cardoso教授 发表的一系列文章为代表。1998年，A. J. Marques Cardoso教授提出了用于变频器故障诊 断的电流Park矢量法，但该方法需要非常复杂的模式识别算法，不适合融入驱动控制器。 随后，又提出了平均电流Park矢量法，该方法在d-q坐标系下进行，能快速判断和确定哪只 IGBT出现故障，但其缺点在于对负载敏感，容易受负载和转速的突变而出现误判断。为了克 服这些缺点，相关学者又提出了归一化平均电流法、归一化平均电流绝对值法等，这些方法 可以在一定程度上提高故障诊断的鲁棒性，但存在计算过于复杂，且仍存在受负载和转速 的突变而出现误判断的潜在问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种双绕组永磁容错电 机驱动系统的开路故障诊断方法，使其简单易行，可靠性高，诊断时间短，可以避免负载突 变等原因引起的误诊断，能够有效地检测和定位双绕组永磁容错电机驱动系统中的开路故 障。 本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案： ，该方法包括以下步骤： 步骤1 :将采集到的双绕组永磁容错电机驱动系统的两套绕组中各自的相电流， 分别通过低通滤波器进行滤波，然后将滤波后的电流值通过Clark变换处理得到α-β坐 标系下各自实际电流值； 对各实际电流值通过Park矢量处理器进行处理，最后将得到的电流基准值和所 述各自相电流值输入归一化处理器中进行归一化处理； 步骤2 :将归一化后的电机相电流inN分别经过平均值计算器和绝对值计算器进行 处理；其后，对得到的平均电流值通过平均电流判断故障准则进行故障预判断，对得到的电 流绝对值进行绝对值取平均处理器处理；再将电流绝对值的平均值和基准值一同作为绝对 值的平均电流判断故障的输入值来进行故障预判断； 步骤3 :最终，将得到的平均电流判断故障准则的结果和绝对值的平均电流判断 故障准则的结果一同送入开路故障诊断与定位处理环节得到电驱动系统的具体故障。 该诊断方法提供一双绕组永磁容错电机驱动系统，该系统包括双绕组永磁容错电 机以及其驱动电路；其中，所述的双绕组永磁容错电机包括十二槽定子和十极表贴式永磁 体转子，其定子中包含两套相互独立的对称的三相集中式隔齿绕制的电枢绕组，所述电机 的驱动电路为两套三相全桥驱动电路，分别对各套电枢绕组进行驱动。 在所述步骤1中，令电机两套绕组α-β坐标系下各自实际电流值为ial、 ia2、ie2，通过Park矢量处理器进行处理得到处理后的电流基准值111 I和Itl，再经过归一 化处理器处理得到归一化后的电机相电流inN，其中ial、iM和i。 2、ie2分别为： 其中，in(n = a, b, c和X，y, z)为采集到的两套绕组中各自的相电流值； 归一化后的电机相电流inN为：υ?Ν 丄uuiuoo乙 ? λ _/·?·? 〇/ υ ^ 在所述步骤2中，平均电流判断故障准则为： 其中，In为平均电流判断的故障诊断信号，I。为平均电流值判断阀值，当<i ηΝ> > I。时，I "为Η，表示驱动系统的下功率管开路故障；当-I<i ηΝ> < I。时，I "为Μ，表示驱动 系统的电机绕组开路故障或驱动系统运行正常；当<inN> < -Ic时，I "为L，表示驱动系统的 上功率管开路故障； 绝对值的平均电流判断故障准则为： 其中，dn为正常情况与故障情况下的归一化相电流绝对值的平均值的偏差值，ξ 为系统正常情况下，归一化相电流绝对值的平均值，Dn为绝对值的平均电流判断的故障诊 断信号，n = a, b, c ;ka、kp分别为绝对值的平均电流的判断阀值，当dn> k ρ时，D "为W，表 示驱动系统的电机绕组开路故障；当ka< dn< k e时，DnS P，表示驱动系统单个功率管的 开路故障；当dn< k a时，D "为N，表示驱动系统运行正常。 所述步骤3中，对故障诊断与定位处理的具体判断依据为： (1)当03为P，D b为N，D。为N，I 3为L时，表示诊断出的故障为驱动a相的上功率 管出现开路故障； (2)当03为P，D b为N，D。为N，I 3为H时，表示诊断出的故障为驱动a相的下功率 管出现开路故障； (3)当Da*W，IaSM时，表示诊断出的故障为驱动系统的a相电机绕组开路故障； (4)当03为N，D b为P，D。为N，I A L时，表示诊断出的故障为驱动b相的上功率 管出现开路故障； (5)当03为N，D b为P，D。为N，I力H时，表示诊断出的故障为驱动b相的下功率 管出现开本文档来自技高网...
【技术保护点】
双绕组永磁容错电机驱动系统的开路故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：将采集到的双绕组永磁容错电机驱动系统的两套绕组中各自的相电流，分别通过低通滤波器进行滤波，然后将滤波后的电流值通过Clark变换处理得到α‑β坐标系下各自实际电流值；对各实际电流值通过Park矢量处理器进行处理，最后将得到的电流基准值和所述各自相电流值输入归一化处理器中进行归一化处理；步骤2：将归一化后的电机相电流inN分别经过平均值计算器和绝对值计算器进行处理；其后，对得到的平均电流值通过平均电流判断故障准则进行故障预判断，对得到的电流绝对值进行绝对值取平均处理器处理；再将电流绝对值的平均值和基准值一同作为绝对值的平均电流判断故障的输入值来进行故障预判断；步骤3：最终，将得到的平均电流判断故障准则的结果和绝对值的平均电流判断故障准则的结果一同送入开路故障诊断与定位处理环节得到电驱动系统的具体故障。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋雪峰，黄文新，姜文，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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