[发明专利]基于Park矢量法的容错电机系统多功率管开路故障诊断方法

说明书

基于Park矢量法的容错电机系统多功率管开路故障诊断方法，通过对容错电机六相电流进行Park矢量变换，实时计算三个正交空间电流矢量在一个周期内的归一化平均值，通过比较电流矢量的模值归一化平均值与故障阈值来检测单功率管及双功率管开路故障，根据电流矢量实部、虚部归一化平均值的正负极性实现故障功率管的定位。本方法能够准确快速的实现永磁容错电机系统正常运行、开路/短路故障容错运行时的单功率管、双功率管开路故障诊断，在不同负载、转速工况下无需调整故障阈值，具有对转速突变、负载突变较强的鲁棒性，显著地提升了永磁容错电机系统的故障诊断能力、可靠性和容错运行性能，能有效满足机载电力作动器的高可靠性要求。

技术领域

本发明属于电机系统故障诊断技术领域，具体涉及一种高可靠机载电力作动器用基于Park矢量法的容错电机系统多功率管开路故障诊断方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、材料科学以及现代控制理论的快速发展，多电/全电飞机获得了技术上的重大突破，飞机伺服作动系统正逐渐由多能源形式作动系统向单一电力作动系统发展。电力作动系统的应用简化了飞机机载次能源系统结构，减轻了飞行器的重量，提高了飞行器的效率、可维护性及可靠性。机电作动器以其小型化、高效率、高功率密度及良好的动态性能等优点，成为未来飞机机载电力作动系统的主要发展方向。

作为飞控系统的执行机构，机电作动器在很大程度上决定了飞控系统的性能及可靠性，因此机电作动器通常有较高的可靠性需求。电机系统作为电作动器的核心部件，其容错能力是提高机电作动器可靠性的关键因素，因此高可靠多相永磁容错电机系统成为机电作动器的重要发展方向。

故障诊断作为永磁容错电机控制系统的关键环节之一，其性能直接影响着伺服系统的可靠性。永磁容错电机系统故障主要包括电机本体故障、传感器故障以及逆变器故障。电机系统中发生最频繁的故障是逆变器故障，且故障点主要集中在功率开关管。功率开关管故障主要分为开路故障和短路故障两类，其中短路故障目前多通过硬件电路实现短路过流保护。功率开关管开路故障发生后电机通常还能继续运行，但若不及时处理则会导致其它器件出现二次故障，因此功率开关管的开路故障诊断尤为重要。

针对功率开关管的开路诊断方法已有大量相关研究，而目前所提出的方法均是基于电机正常运行且电机各相为正弦对称电流条件下的开路故障诊断。然而永磁容错电机在开路故障或短路故障容错运行时，剩余非故障相绕组为非对称非正弦电流，若发生功率开关管二次开路故障，传统的方法无法实现容错运行时的故障诊断。为了满足永磁容错电机系统的可靠性需求，提高故障诊断能力，开展永磁容错电机系统功率单功率管和双功率管开路故障诊断方法研究，具有重要的理论意义和工程价值。本发明申请所提出的基于归一化平均电流Park矢量法的正常及容错运行工况下单功率管及双功率管开路故障诊断方法，通过实时监测六相永磁容错电机电流Park矢量变换三个正交子空间中电流矢量的归一化平均模值实现开路故障检测，通过判断三个正交子空间中电流矢量实部虚部归一化平均值的正负极性实现故障功率开关管的定位，从而实现永磁容错电机系统正常和开路/短路故障容错运行时的单、双功率管的开路故障诊断。本发明故障诊断方法不依赖电机各相绕组对称运行，适用于永磁容错电机正常运行、开路故障容错运行和短路故障容错运行时的单、双功率管的开路故障诊断。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于Park矢量法的容错电机系统多功率管开路故障诊断方法，能够在保持原系统硬件电路的条件下，快速可靠的实时诊断容错电机系统在正常运行、开路容错运行及短路容错运行时的单个功率管或两个功率管的开路故障，同时能有效避免因为电机转速突变或负载转矩突变引起的误诊断，鲁棒性强，且在不同负载、转速工况下无需调整故障判断阈值。