[发明专利]一种具有容错功能的开关磁阻电机相电流重构方法

摘要

本发明公开的一种具有容错功能的开关磁阻电机相电流重构方法，通过改变电流传感器安装位置，在不同导通区间解线性方程组进行相电流重构。针对电流传感器偏置故障，采用每路驱动信号三个连续上升沿处电流偏差值进行偏置传感器定位，实时计算更新电流偏置值，采用直接电流补偿或偏置电流比例积分补偿消除偏置电流。针对功率变换器中斩波管短路故障，采用相电流斜率和斩波信号同步与失步关系进行故障诊断，针对位置导通管短路故障，利用相邻负电压续流区间的续流时间长度进行故障诊断，并引入虚拟传感器方法实现相电流容错重构。不受主开关开路故障影响，适用于多种相数的开关磁阻电机，电流重构准确，容错能力强，易扩展，具有良好的工程应用价值。

主权项

1.一种具有容错功能的开关磁阻电机相电流重构方法，其特征在于：通过改变电流传感器的安装位置，将不同匝数的三相绕组按照一定方向通过电流传感器；根据开关磁阻电机的工作原理，将每个转子周期分为三个不同的区间，在每个区间分别对相电流进行重构；将所有区间的电流信息组成便可得到每周期完整的电流波形；基于每路驱动信号连续三个上升沿处的电流偏差值进行偏置电流传感器的定位，采用基于偏差直接补偿和偏差比例积分补偿策略进行电流偏置消除；针对斩波管短路故障，基于相电流斜率和斩波信号的同步关系进行故障诊断，针对位置导通管短路故障，利用相邻负电压续流区间的续流时间长度进行故障诊断，并采用引入虚拟传感器的方法实现相电流的容错重构；所提出相电流重构算法不受主开关开路故障影响；其中，具有容错功能的开关磁阻电机相电流重构步骤为：(1)将一个转子周期分为AI、BI、CI三个区间：从A相开通区间到B相开通区间为AI区间，从B相开通区间到C相开通区间为BI区间，从C相开通区间到A相开通区间为CI区间；在AI区间，相电流重构表达式为：其中，a₁，a₂，a₃分别为A相绕组、B相绕组和C相绕组通过电流传感器1的匝数；b₁，b₂，b₃分别为A相绕组、B相绕组和C相绕组通过电流传感器2的匝数；i_L1，i_L2为所采用电流传感器的电流值，i_a，i_b，i_c分别为重构的A相绕组、B相绕组和C相绕组的电流值；在BI区间，相电流重构表达式为：在CI区间，相电流重构表达式为：(2)针对电流传感器偏置故障，选定a₁，a₂，a₃为1,1,1，选定b₁，b₂，b₃为1，‑1,2，得到AI、BI、CI区间偏置电流与相电流偏差的关系为：传感器1偏置情况下，其中，i_set为偏置电流值，Δi_a，Δi_b，Δi_c为重构电流偏差值；传感器2偏置情况下，(3)选取AI上升沿的Δi_b、BI上升沿的Δi_c、CI上升沿的Δi_a作为定位偏置电流传感器的依据，若Δi_b、Δi_c、Δi_a分别为正电流、负电流、正电流，则电流传感器1正偏置故障，若Δi_b、Δi_c、Δi_a分别为负电流、正电流、负电流，则电流传感器1负偏置故障，若Δi_b、Δi_c、Δi_a分别为负电流、正电流、正电流，则电流传感器2正偏置故障，若Δi_b、Δi_c、Δi_a分别为正电流、负电流、负电流，则电流传感器2负偏置故障；(4)在定位到偏置传感器后，根据实时计算的电流偏差值采用直接补偿或比例积分补偿策略进行容错重构；(5)在正常情况下，电流斜率di/dt与斩波信号P的关系为：其中，U_s为电源电压，L为电机绕组电感，i为相电流，R为绕组内阻，θ为转子位置角，ω为电机转子角速度；当斩波管发生短路故障后，电流斜率di/dt与斩波信号P的关系为：选取电流斜率与斩波信号的异或关系作为故障特征量进行斩波管故障诊断，当电流斜率与斩波信号的异或关系为高即判断斩波管发生短路故障；针对位置导通管短路故障，采用被诊断相与上一相的负电压续流关系进行诊断，当被诊断相的负电压续流时间超过上一相负电压续流时间的两倍后，即判断位置导通管发生短路故障；(6)针对主开关管短路故障情况，引入虚拟电流传感器进行容错重构；利用上一相的电流重构值求解虚拟电流传感器的电流值，vi_L3k＝c₁i_ak‑1+c₂i_bk‑1+c₃i_ck‑1                         (12)其中，c₁、c₂、c₃分别为A相绕组、B相绕组和C相绕组通过虚拟电流传感器的匝数，i_ak‑1、i_bk‑1、i_ck‑1为k‑1时刻相电流重构值，vi_L3k为k时刻的虚拟电流传感器的值；c₁、c₂、c₃按照如下原则进行确定：若A相在k‑1时刻的电流差值等于三相电流差值中的最小值，对应系数c₁、c₂、c₃分别为1,0,0；若B相在k‑1时刻的电流差值等于三相电流差值中的最小值，对应系数c₁、c₂、c₃分别为0,1,0；若C相在k‑1时刻的电流差值等于三相电流差值中的最小值，对应系数c₁、c₂、c₃分别为0,0,1；由此可得，短路故障情况下的三相同时导通的区间电流重构值为：结合正常区间内的电流重构值即可得到每周期内的电流值。