[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

说明书

本发明公开了一种基于灰色预测理论的电驱动系统开路故障容错控制方法。该方法首先利用灰色预测的数学模型来预测下一时刻的电流值，然后通过灰色预测开路故障诊断器将预测数据与原始数据做差并与设置好的阈值进行比较，以此来判断是否故障并通过反馈的故障信号判断故障绕组的位置，最后绕组开路故障处理器根据故障位置采用相应的控制策略，实现电驱动系统的容错运行。本发明具有可靠性高，诊断速度快，不容易发生误判断，不需要额外的传感器的特点，并且可以通过控制逆变器和双向晶闸管实现系统在八种不同绕组开路故障状态时的容错控制，具有强容错能力。

技术领域

本发明涉及电驱动系统控制方法领域，特别是涉及基于灰色预测理论的电驱动系统开路故障容错控制方法。

背景技术

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。然而，当电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，为了避免或减轻电驱动故障造成的严重危害，就得具有对电驱动系统的故障进行准确地检测和定位的功能，因此，研究电驱动系统的故障诊断技术就尤其重要了。

电驱动系统以及电机经常会发生一些电气故障，当电驱动系统绕组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绕组将流过更大的电流，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。

授权公告号为CN 105158627B的发明专利“双绕组永磁容错电机驱动系统的开路故障诊断方法”中，公开了一种利用归一化相电流的平均值和归一化相电流绝对值的平均值为基础的故障诊断策略，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。授权公告号为CN 105182159B的发明专利“一种电驱动系统的故障诊断方法”中，公开了一种以平均电流极值差判断故障准则和绝对值的平均电流极值差判断故障准则为故障诊断判据，从而实现对电驱动系统故障的实时检测和定位的方法。该方法不需要增加额外的传感器，能实时诊断与定位单个功率管或多个功率管的开路故障，在系统负载突变或转速突变时，不需要调整故障判断阀值，不易误诊断。

目前，电驱动系统开路故障诊断方法主要有专家系统法、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。电压检测方法具有鲁棒性强、诊断速度快等优点，但其通用性差，并且增设电压传感器会导致系统的成本和复杂度增加。考虑到系统参数和控制策略的独立性，电流检测是目前最常见的开路故障诊断方法，它不需要额外增设的传感器。在以往的电力拖动系统中依赖于计算一个或多个周期的电流来诊断故障，这也意味着电机将会在故障状态下运行更多的时间，增加了系统的损耗以及风险。

对于故障诊断后的容错控制，在授权公告号为CN 104506113 B的发明专利“一种双绕组永磁容错电机驱动系统的控制方法”中公开了一种具有高可靠性，强容错能力的容错电机及其控制方法，该方法具有故障诊断与余度通信功能，能分别对控制系统是否存在绕组断路或短路故障进行诊断与处理，具有高可靠性和强容错性，能够很好地实现对系统断路或短路故障的容错控制，适合于高可靠性及高性能要求的航空航天及军用场合。但是现有的容错电驱动系统仍然面临所需独立电源数较多、功率开关管数量多、整体容量功率比不够大等问题，目前的很多容错控制策略在可靠性、容错能力以及应对多相故障的能力上还有很大的提升空间。

发明内容