【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多相电机故障诊断领域，尤其是涉及一种基于轴变换的双三相永磁电机驱动系统开路故障检测方法。
技术介绍
1、双三相电机驱动系统相比于三相驱动系统具有更小的转矩脉动、更大的功率密度和更强的容错性能，因此广泛应用在电动汽车、电动船泊和航空航天等工业领域。由于这些领域对电机系统的可靠性要求较高，因此引入故障诊断技术监测系统的运行状态显得尤为关键。
2、目前，双三相永磁电机驱动系统的故障诊断方法主要可以分为三大类：基于模型、基于信号和基于知识。第一种方法通过建立观测器或混合逻辑模型，监测实际信号与模型观测信号之间的偏差来识别故障，但这种方法的准确性高度依赖于模型的精确性。第二种方法侧重于提取故障前后电流或电压信号的特征变化，通过分析信号的变化来构建故障指标和阈值，从而实现故障检测。三则是利用先进的智能算法从故障数据中挖掘特征变量与故障类型之间的对应关系来实现故障的检测，但是其计算量过于庞大，难以在线实现。在上述方法中，基于信号的方法因其对电机模型精度要求较低、计算过程简洁，且无需额外的测量设备，因此被广泛采纳并应用于实际工程中。
3、针对传统基于信号的方法阈值选择困难、暂态鲁棒性差等问题，本专利技术提出了一种基于轴变换的双三相永磁电机驱动系统开路故障检测方法。
技术实现思路
1、为克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于轴变换的双三相永磁电机驱动系统开路故障检测方法。该方法避免了对定子电流进行复杂的分析，仅需要将故障后的六相电流分别进行轴变换，然后利用变
2、本专利技术所采用的技术方案是，基于轴变换的双三相永磁电机驱动系统的开路故障诊断方法。具体内容如下：
3、第1)步：区别于普通三相系统中的clarke变换和park变换，多相系统通常采用矢量空间分解(vector space decomposition,vsd)变换矩阵，将多相系统物理量解耦至αβ、xy和o1o2三个子空间，
4、[fα fβ fx fy fo1 fo2]t
5、＝t6s[fa fb fc fu fv fw]t
6、
7、式中，vsd矩阵t6s将六相静止坐标系下的物理量fa、fb、fc、fu、fv和fw变换至αβ坐标系(fα和fβ)、xy坐标系(fx和fy)和o1o2坐标系(fo1和fo2)。进而，通过park变换，可得到双三相永磁电机在旋转坐标系下的物理量，
8、[fd fq fx fy]t＝t2r[fα fβ fx fy]t
9、
10、式中，park变换矩阵t2r将αβ坐标系下的物理量fα和fβ变换至旋转坐标系(fd和fq)，且保持xy坐标系下的物理量数值不变，p2r(θ)表示2阶park变换矩阵，i表示2阶单位矩阵，θ为电机的电角度。
11、根据vsd原理，双三相永磁电机系统中共存在3个子空间、4个控制自由度，共需要4个pi控制器实现电驱系统的运行。其中，α-β平面可实现机电能量转换，经park变换后得到的d-q坐标系分别负责定子磁场和电磁转矩调节；x-y平面不产生旋转磁动势，不参与能量转换，但电机漏感极小，较小的x-y平面电压就会激发较大的谐波电流。因此，在基于磁场定向控制的双三相永磁电机驱动系统中，有
12、
13、式中，和分别表示d-、x-和y-轴的电流参考值。
14、第2)步：故障后电流表达式的计算。在双三相永磁电机工作于健康状态，且不考虑零序空间的情况下，由上述公式推导可得
15、
16、式中，im(m＝a，b，c，u，v，w)为电机正常运行时的六相电流，id、iq为d-q坐标系下的电流，ix、iy为x-y坐标系下的电流。假定a相出现开路故障为例，a相电流变为零(ia＝0)，导致六相电机失去一个自由度，由健康运行时的电流表达式可知，
17、ix＝iqsinθ-idcosθ
18、进而可得：
19、
20、式中，im(a)(m＝a，b，c，u，v，w)为电机a相发生开路故障时的六相电流。且本专利技术中()统一表示故障相。
21、对于两相开路故障，若故障相发生在同一套绕组，保护装置动作后双三相永磁电机将降容运行。但是，若故障相发生在不同绕组，电机空间磁场会出现瞬时畸变，严重时将导致电驱系统退出运行。以a相和u相同时出现开路故障为例，有ia＝0，iu＝0，由电机健康运行时的电流表达式可得，
22、
23、式中，im(au)(m＝a，b，c，u，v，w)为电机au两相发生开路故障时的六相电流.类似的，可得到所有单相、两相开路故障后的电流表达式。同时，考虑到在实际应用中，同时出现三相开路的情况较为少见，本专利技术所设计开路故障诊断方法仅侧重于单相和两相开路故障诊断。
24、第3)步：轴变换策略的引入。由于双三相永磁电机的定子绕组由两套三相对称绕组组成，可以将其看成是两个三相子系统的组合，对每一个子系统均可以重构出一个三相静止坐标变换，共可以构造出6个静止αβ坐标系，各轴对应的变换矩阵可表示为：
25、
26、
27、
28、
29、
30、
31、其中，表示三维clarke变换阵。
32、式中，和(m＝4，b，c，u，v，w)分别表示以m相为参考轴系的α-β坐标系下的物理量。
33、以a相发生断相故障为例，将a相开路故障电流表达式代入轴变换后的变换矩阵，可得
34、
35、类似，可以依次得到各相发生单相断相故障后，轴变换后的结果：
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37、
38、
39、
40、
41、式中，和(m＝a，b，c，u，v，w)分别表示m相发生断相故障后以对应相为参考轴系的α-β轴电流。由剩余相电流推导可知，在发生开路故障后，重构β轴将包含全部故障电流信息，完全可用于电机驱动系统发生开路故障的诊断。
42、分别将a相、b相和c相发生断相故障后的电流表达式代入其对应的轴变换表达式，可得
43、
44、
45、
46、式中，和表示a、b、c相发生断相故障后分别以a、b、c相为参考轴系的α-β轴电流。由上式可知，断相故障发生后各相旋转至不同参考轴系的β轴电流之间存在显著的比例关系，如a相发生开路故障后，以a相为参考轴系的β轴电流与以b、c轴为参考轴系的β轴电流的比值均为-2，而以b相为参考轴系的β轴电流则和以c轴为参考轴系的β轴电流的比值为1。同样的可以推导出两相开路故障后的电流表达式，此处不再展示。
47、第4步：故障检测指标的构建。由前文分析可知，故障后重构β轴电流包含了全部故障电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于轴变换的双三相永磁电机驱动系统开路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于轴变换的双三相永磁电机驱动系统开...
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