[发明专利]适用于多相电机驱动器的多重开路故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种适用于多相电机驱动器的多重开路故障诊断方法，在参考坐标系下分别基于基波电流和谐波电流两组构造了故障诊断变量，通过对各类开路故障下所构造变量的故障特征分析，设计了滑动平均等辅助计算，从而定义了故障指数。针对故障指数在开路故障下的特征值表现，设计了一种特征值检测与计数法相结合的阈值判定方法。最后，设计了一组故障诊断标志，通过核对诊断标志的值，结合故障诊断表可得到多相电机驱动器多重开路故障诊断结果。本发明能够检测出驱动器多重开关管开路故障；具有强鲁棒特性，即使在突变负载或突变转速条件下也不会产生误报警信号；所有计算均不涉及非线性运算，兼容于处理能力不高的低端数字处理器，对处理器运算能力要求不高。

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种适用于多相电机驱动器的多重开路故障诊断方法。

背景技术

随着功率变换技术的不断发展，电机系统的相数由传统三相系统进一步拓展到多相系统。相较于三相系统，多相系统在低压大功率领域的突出表现使其在航空航天、舰船推进以及高速动车组电力牵引系统等多个重要场合被应用。但是，无论是三相系统还是多相系统，均具有电力电子产品存在的脆弱性短板，具体表征在某一部件的损坏会使整个系统性能急剧下降甚至无法工作。因此，在现代电机驱动器设计时，容错能力往往会成为一项重要指标。而除了基于智能算法的被动容错策略，所有的主动容错策略均需要对应的故障诊断策略以产生故障切换信号，将电机由故障运行状态转换到容错运行状态。

对于驱动器开关管开路故障，诊断方法主要由三类：基于信号分析类、基于模型分析类以及基于数据库分析类。基于数据库分析类需要大量的数据样本和复杂的数据分析能力，不适用于工业化嵌入式产品。基于模型分析类对控制对象的具体参数十分敏感，且计算量往往很大，对处理器运算能力有一定要求。而对于多相电机驱动器而言，基于信号分析的开路故障诊断算法大多由三相电机驱动器故障诊断算法扩展而来，处理变量变多，计算变复杂，且效果不再明显。此外，由于多相电机驱动器相数增多，出现的开路故障种类变多。因此，多重开路故障在线诊断问题有待解决与优化。

发明内容

技术问题：

本发明要解决的技术问题是多相电机驱动器多重开路故障检测与定位。

技术方案：

为解决上述技术问题，本发明公开了一种适用于多相电机驱动器的多重开路故障诊断方法：重新定义一组诊断变量描述多相电机中基波与谐波电流关系，并基于所定义诊断指数在开关管开路故障状态下的特征值，设定了特征值检测与计数法相结合的判定方法，从而实现在线实时多重开路故障诊断。

该方法具体包括电流采样与坐标变换、故障诊断变量定义、诊断指数定义、阈值判定方法和故障标志定义，其具体实现步骤如下：

步骤1)诊断变量计算

采样得到电机相电流信号，并对其进行坐标变换得到静止参考坐标系下基波电流(i_α1,i_β1)与谐波电流(i_α3,i_β3,…,i_αk,i_βk)：

其中，a,b,…,n表示电机相，N为电机相数，δ＝2π/N为相角差，k＝N-2，i_a,i_b,…,i_n为电机相电流信号。

分别定义基波诊断变量和谐波诊断变量，其中基波诊断变量为上式中静止参考坐标系下基波电流的线性组合，谐波诊断变量为上式中所有谐波电流的线性组合。两个线性组合系数为上式逆变换中对应变量的系数。

a,b,…,n相的基波诊断变量为：

a,b,…,n相的谐波诊断变量为：