[发明专利]一种基于永磁容错电机的电驱动系统及其容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于永磁容错电机的电驱动系统及其容错控制方法。该系统包括永磁容错电机、逆变器、数字滞环控制器、直接电流控制器、PI调节器、模态切换控制器、操纵台、开路短路故障诊断器、开路短路故障处理器、双向晶闸管、速度传感器、方向机、执行机构和位置陀螺仪。方法为：分别采集永磁容错电机绕组的电流，送入开路短路故障诊断器进行故障诊断，将诊断出的故障信号送入开路短路故障处理器，处理结果和输出信号、电机转子位置角送入直流电流控制器进行处理，通过数字滞环控制器输出逆变器驱动信号，驱动永磁容错电机容错运行。本发明实现了永磁容错电机驱动系统的快速动态响应和精确定位，以及不同电气故障单独或同时出现的容错控制。

技术领域

本发明涉及电驱动系统控制技术领域，特别是一种基于永磁容错电机的电驱动系统及其容错控制方法。

背景技术

随着电力电子技术、电机控制技术以及稀土永磁材料的发展，永磁电机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，这已成为永磁电机发展的关键所在。然而，当电机发生故障后，由于电机的非对称运行，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，严重危害了系统的安全。因此，对于当前的电驱动系统，除了满足特定功能外，还必须具备高可靠性和强容错性。

对于要实现电机驱动系统的高可靠性和强容错性，就需要采取相应的容错控制方法，才能使系统在一定故障的情况下仍然能够继续稳定工作。现有的电驱动系统因为其应用的场景与要求越来越苛刻，如有时需要要求系统在高机动复杂条件下仍然能够实现对控制目标的快速动态响应与精确定位。然而，现有的电驱动系统容错控制方法仍存在以下问题：不能同时满足系统在高机动复杂条件下的快速动态响应与精确定位，不能很好地处理系统功率开关管开路和短路故障，以及无法满足多相绕组或多个功率开关管同时故障的容错。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于永磁容错电机的电驱动系统及其容错控制方法，以实现永磁容错电机驱动系统的快速动态响应和精确定位，以及不同电气故障单独或同时出现的容错控制。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于永磁容错电机的电驱动系统，包括永磁容错电机、速度传感器、方向机、执行机构、位置陀螺仪、开路短路故障诊断器、开路短路故障处理器、操纵台、模态切换控制器、PI调节器、直接电流控制器、数字滞环控制器、逆变器、双向晶闸管；

所述的永磁容错电机，其定子包括两套相互独立的对称的电枢绕组，分别为绕组ABC和绕组XYZ；速度传感器用于采集电机转子位置角θ_r，并对转子位置角θ_r求微分得到电机转子机械角速度ω_r；永磁容错电机通过方向机驱动执行机构移动运行，位置陀螺仪用于采集执行机构的位置信号θ_t；

开路短路故障诊断器采集绕组ABC和绕组XYZ的电流i_A、i_B、i_C、i_X、i_Y、i_Z进行故障诊断，并将故障诊断结果输出至开路短路故障处理器；开路短路故障处理器通过控制两个双向晶闸管实现系统容错运行；

操纵台用于给定执行机构位置信号θ_t^*、给定电机速度信号ω_r^*；模态切换控制器用于选择稳定工作模态或动态工作模态，稳定工作模态时通过操纵台给定执行机构位置信号θ_t^*，动态工作模态时通过操纵台给定电机速度信号ω_r^*；

所述永磁容错电机的绕组ABC和绕组XYZ分别对应一路PI调节器、直接电流控制器、数字滞环控制器、逆变器、双向晶闸管，其中：