[发明专利]基于灰色预测理论的电驱动系统开路故障容错控制方法

权利要求书

1.基于灰色预测理论的电驱动系统开路故障容错控制方法，其特征在于，电驱动系统包括一台双绕组永磁电机，两套独立的三相桥式逆变器，两个双向晶闸管TR1和TR2，两个电容C1和C2，一个直流电源U_dc，灰色预测开路故障诊断器以及绕组开路故障处理器，其中双绕组永磁电机采用集中绕组隔齿绕制的方式，两套绕组ABC和XYZ相互独立且对称分布，每一套三相桥式逆变器包括6个功率管，分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7、T8、T9、T10、T11、T12，其中T1、T3、T5和T7、T9、T11为上功率管，T2、T4、T6和T8、T10、T12为下功率管，双向晶闸管TR1两端分别与双绕组永磁电机A、B、C绕组的中性点N1和电容C1、C2中点相连接，双向晶闸管TR2两端分别与双绕组永磁电机X、Y、Z绕组的中性点N2和电容C1、C2中点相连接，基于灰色预测理论的电驱动系统开路故障容错控制方法具体包括以下步骤：

步骤1：将采集到的双绕组永磁电机ABC三相绕组电流i_A、i_B、i_C以及XYZ三相绕组电流i_X、i_Y、i_Z分别进行abc/dq坐标变换得到两套绕组的dq轴实际电流，并分别记为i_d1、i_q1和i_d2、i_q2，将采集到的实际转速ω_r和给定转速ω_r*进行PI调节后输出给定q轴电流i_q1*和i_q2*，将给定q轴电流i_q1*、i_q2*和q轴实际电流i_q1、i_q2进行PI调节后输出给定q轴电压V_q1*、V_q2*，将给定d轴电流i_d1*、i_d2*和d轴实际电流i_d1、i_d2进行PI调节后输出给定d轴电压V_d1*和V_d2*，分别将两套绕组的给定q轴、d轴电压V_q1*、V_q2*、V_d1*、V_d2*通过dq/αβ坐标变换得到αβ轴参考电压V_α1*、V_β1*和V_α2*、V_β2*，将αβ轴参考电压V_α1*、V_β1*和V_α2*、V_β2*通过电压空间矢量脉宽调制后得到三相PWM波，两套逆变器接收电压空间矢量脉宽调制后的三相PWM波，并驱动双绕组永磁电机运行，在正常运行时双向晶闸管TR1和TR2均处于关闭状态，两套绕组输出功率均为总输出功率的一半；

步骤2：按照等时间间隔分别对A、B、C、X、Y、Z六相电流进行采集并送至灰色预测开路故障诊断器，将第k个采集结果记为并储存若干位采集结果作为灰色预测模型的原始序列表示为：

其中N取为A、B、C、X、Y、Z；

步骤3：灰色预测开路故障诊断器将原始序列代入建立好的灰色预测模型，并依据模型来预测下一步或下几步的电流值，灰色预测模型表示为：

其中，α_N为发展灰度，反应预测的发展态势，μ_N为控制系数，反应了数据变化的关系，且α_N与μ_N根据采集的电流数据进行求解，根据双绕组永磁电机的实际运行参数设置故障判断的阈值r’，将下一时刻的电流预测数据与实际采样的电流值进行比较，如果其中一相的预测值与实际值之差的绝对值超过阈值r’，则判断为该相绕组出现开路故障；若差值小于等于阈值，则说明没有故障发生；

步骤4：绕组开路故障处理器根据反馈的故障位置，通过控制逆变器和双向晶闸管TR1、TR2实现在八种故障状态时的容错控制，八种故障状态包含：第一套绕组即A、B、C三相同时出现开路故障、第二套绕组即X、Y、Z三相同时出现开路故障、第一套绕组ABC中的某两相同时出现开路故障、第二套绕组XYZ中的某两相同时出现开路故障、第一套绕组ABC三相出现开路故障同时第二套绕组XYZ中的某一相出现开路故障、第二套绕组XYZ三相出现开路故障同时第一套绕组ABC中的某一相出现开路故障、两套绕组均有一相出现开路故障、两套绕组中的某一相出现开路故障；

步骤4中所述绕组开路故障处理器处理以下八种运行情况，第一套绕组即A、B、C三相同时出现开路故障、第二套绕组即X、Y、Z三相同时出现开路故障、第一套绕组ABC中的某两相同时出现开路故障、第二套绕组XYZ中的某两相同时出现开路故障、第一套绕组ABC三相出现开路故障同时第二套绕组XYZ中的某一相出现开路故障、第二套绕组XYZ三相出现开路故障同时第一套绕组ABC中的某一相出现开路故障、两套绕组均有一相出现开路故障、两套绕组中的某一相出现开路故障，其中：

第一套绕组即A、B、C三相同时出现开路故障时，封锁功率管T1、T2、T3、T4、T5、T6，双向晶闸管TR1和TR2保持关闭状态，同时增加第二套绕组XYZ的输出功率，使其等于系统输出总功率；

第二套绕组即X、Y、Z三相同时出现开路故障时，封锁功率管T7、T8、T9、T10、T11、T12，双向晶闸管TR1和TR2保持关闭状态，同时增加第一套绕组ABC的输出功率，使其等于系统输出总功率；

第一套绕组ABC中的某两相同时出现开路故障，如A相和B相同时出现绕组开路故障，封锁功率管T1、T2、T3、T4、T5、T6，双向晶闸管TR1和TR2保持关闭状态，同时增加第二套绕组XYZ的输出功率，使其等于系统输出总功率；

第二套绕组XYZ中的某两相同时出现开路故障，如X相和Y相出现绕组开路故障，封锁功率管T7、T8、T9、T10、T11、T12，双向晶闸管TR1和TR2保持关闭状态，同时增加第一套绕组ABC的输出功率，使其等于系统输出总功率；

第一套绕组ABC三相出现开路故障同时第二套绕组XYZ中的某一相出现开路故障，如第二套绕组中X相出现故障，封锁功率管T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8，导通双向晶闸管TR2，保持TR1关闭状态，同时增加第二套绕组XYZ的输出功率，使其等于系统输出总功率；

第二套绕组XYZ三相出现开路故障同时第一套绕组ABC中的某一相出现开路故障，如第一套绕组中A相出现故障，封锁功率管T1、T2、T7、T8、T9、T10、T11、T12，导通双向晶闸管TR1，保持TR2关闭状态，同时增加第一套绕组ABC的输出功率，使其等于系统输出总功率；

两套绕组均有一相出现开路故障，如A相和X相出现开路故障，封锁功率管T1、T2、T7、T8，导通双向晶闸管TR1和TR2；

两套绕组中的某一相出现开路故障，如A相出现开路故障，封锁功率管T1、T2，导通双向晶闸管TR1，保持TR2关闭状态。