[发明专利]基于预测控制的开绕组电驱动系统单管开路故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于预测控制的开绕组电驱动系统单管开路故障诊断方法，该方法利用模型预测控制在每个控制周期内开关状态确定且不变的特点，由预测的开关状态得到每一相的预估电压；将预估电压与实测电压的差值跟给定阈值作比较，判断出可能的故障相和故障开关对；为消除开关过程和测量噪声的影响，将故障相误差电压在一定时间长度上作积分并与另一阈值作比较，确定故障的发生；根据故障相桥臂开关信号与误差电压的关系，构造诊断函数，诊断出发生开路故障的具体开关管。本发明简单有效，能在较短时间内实现故障诊断，定位到具体的故障开关管，且诊断过程不易受系统运行扰动的影响，具有较高的可靠性。

技术领域

本发明涉及开绕组电驱动系统单管开路故障诊断的技术领域，尤其是指一种基于预测控制的开绕组电驱动系统单管开路故障诊断方法。

背景技术

开绕组电机作为一种新型电机，具有三相独立控制、输出功率高和转速范围大等优点，是电动汽车电驱领域的研究热点。开绕组电驱动系统的运行可靠性直接关系到整车安全性能和人员人身安全，而功率开关器件又是其种较易发生故障的薄弱环节。研究电驱系统相应的故障诊断方案和容错控制策略具有重要意义。

对于电驱系统的功率器件来说，发生短路故障时，通常利用快速熔丝将短路故障转变为开路故障，采用开路诊断方法加以处理。而在开路诊断方面，目前的研究多集中于常规逆变器领域，关于开绕组电驱动系统的故障诊断研究还鲜有报道。由于开绕组电机双逆变器驱动拓扑独特的对称性和冗余性，使得某些开关管故障时在系统中产生的故障电流、电压特征完全相同，传统诊断算法只能定位到故障的某对开关，而无法实现具体故障开关管的定位。有学者研究了基于电流包络线和瞬时频率的诊断算法，但未能实现具体故障开关管的准确定位；有学者采用电流检测法实现了对故障开关管的准确诊断定位，但算法较复杂，诊断时间较长，需要0.5～1个基波周期，且易受负载扰动的影响，容易引起误诊断。

模型预测控制由于其动态响应快、鲁棒性强和易于添加约束等优势，被越来越多的学者应用至开绕组电驱动系统的控制领域。此外，模型预测控制在每个控制周期内开关状态确定且不变的特点，以及其优良的动态响应能力，可被利用来实现快速且可靠的开关管开路故障诊断算法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于预测控制的开绕组电驱动系统单管开路故障诊断方法，该方法简单有效，能在较短时间内实现故障诊断，定位到具体的故障开关管，且诊断过程不易受系统运行扰动的影响，具有较高的可靠性。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于预测控制的开绕组电驱动系统单管开路故障诊断方法，所述开绕组电驱动系统结构包括直流电源V_dc、三相3H桥逆变器(双并联逆变器)以及开绕组电机三相定子绕组；所述直流电源V_dc与三相3H桥逆变器并联连接；所述三相3H桥逆变器中，每一相包含了两个桥臂，每个桥臂包括两个带反并联二极管的开关管，即三相3H桥逆变器共有12个开关管，开关管分别记为S_nij，其中n代表相序，n＝a,b,c，i代表每一相的桥臂序号，i＝1,2，j代表每个桥臂的开关管序号，j＝1,2，三相3H桥逆变器的各桥臂并联连接，A相桥臂中点分别记为a1和a2，B相桥臂中点分别记为b1和b2，C相桥臂中点分别记为c1和c2；所述开绕组电机三相定子绕组分别与各桥臂中点连接，即A相定子绕组两端分别接桥臂中点a1和a2，B相定子绕组两端分别接桥臂中点b1和b2，C相定子绕组两端分别接桥臂中点c1和c2；

所述基于预测控制的开绕组电驱动系统单管开路故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤1：实时采样开绕组电机三相定子绕组的相电压；

步骤2：将预估电压与对应时刻的实测电压作差，得到三相的误差电压ε_a、ε_b和ε_c，分别将其与给定阈值h₁作比较，初步判断故障是否发生，有以下两种情况：