CN108667352A - 无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法 - Google Patents

无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108667352A
CN108667352A CN201810292127.3A CN201810292127A CN108667352A CN 108667352 A CN108667352 A CN 108667352A CN 201810292127 A CN201810292127 A CN 201810292127A CN 108667352 A CN108667352 A CN 108667352A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
power tube
motor
phase currents
brshless
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810292127.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108667352B (zh
Inventor
周奇勋
刘娜
韩晨阳
乔珺
刘纪芳
党政
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Boshidun Electric Equipment Manufacturing Co ltd
Original Assignee
Xian University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Science and Technology filed Critical Xian University of Science and Technology
Priority to CN201810292127.3A priority Critical patent/CN108667352B/zh
Publication of CN108667352A publication Critical patent/CN108667352A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108667352B publication Critical patent/CN108667352B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28—Arrangements for controlling current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，包括步骤：一、三相电流数据采集及传输；二、三相电流数据分析处理及无刷直流电机两相短路故障定位；三、微处理器模块根据两相短路故障定位结果对无刷直流电机进行四步换相容错运行控制。本发明方法步骤简单，实现方便，故障定位时间短，准确性高，容错运行控制方法能够保证无刷直流电机在绕组两相短路故障后仍稳定可靠工作，有效提高了无刷直流电机系统工作的可靠性和稳定性，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法
技术领域
本发明属于无刷直流电机控制技术领域，具体涉及一种无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法。
背景技术
无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor，BLDCM)以其结构简单、功率与转矩密度大、重量轻、效率高等优点，已成为航空航天领域功率电传系统执行机构的首选。BLDCM作为电传系统关键执行元件，一旦出现故障，将会威胁飞行安全，为提高其可靠性，国内外正广泛开展BLDCM系统冗余与容错技术的研究。
BLDCM冗余与容错控制系统的研究，主要围绕着驱动电路、电机结构和控制策略三个方面。例如，贺虎成等人在2015年第35卷第05期的期刊《电力自动化设备》上发表了论文《新型三相容错逆变器研究》，Kai Ni 等人在2017年Asia-Pacific(亚太地区)的IEEETransportation Electrification Conference(ITEC)(运输电气化会议)上发表了论文《Yu.Rotor-side converter reconfiguration using four-switch three-phasetopology in dfigwt for fault-tolerant purpose》(基于容错目的的dfig-wt中四开关三相拓扑的转子侧转换器重构)，提出了两种BLDCM调速系统容错逆变器拓扑结构，当逆变桥发生短路故障时，通过熔断器进行故障支路切除，将短路故障转换为开路故障进行处理，同时启用备用桥臂进行容错控制，能够实现短路容错控制，但增加了驱动器成本，并且熔断器响应时间在毫秒级，难以及时保护；例如，海松等人在2014年中国杭州的IEEEInternational Conference On Electrical Machines and Systems(ICEMS)(电机与系统国际会议)上发表了论文《Research on a four-phase fault-tolerant PMSM used forEVs》(电动汽车用四相容错永磁同步电动机的研究)，李章等人在2017年第3卷第21期的期刊《IEEE Transactions On Industry Applications》(工业应用技术通报)上发表了论文《Design and Analysis of a New Five-Phase Brushless Hybrid-Excitation Fault-Tolerant Motor for Electric Vehicles》(电动汽车新型五相无刷励磁容错电动机的设计与分析)，陈勇等人在2016年中国成都的IEEE Prognostics and System HealthManagement Conference(PHM)(预测与系统健康管理会议)上发表了论文《Design andanalysis of six-phase fault-tolerant PMSM for electric vehicle》(电动汽车六相容错永磁同步电机的设计与分析)，提出了四相、五相、六相绕组BLDCM冗余容错控制方法，故障后启用备用绕组容错运行，在电机匝间或绕组发生短路情况下能够容错运行，但增加了电机结构复杂性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其方法步骤简单，实现方便，故障定位时间短，准确性高，容错运行控制方法能够保证无刷直流电机在绕组两相短路故障后仍稳定可靠工作，有效提高了无刷直流电机系统工作的可靠性和稳定性，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、三相电流数据采集及传输：在无刷直流电机绕组换向工作的六个工作状态内，A相电流传感器、B相电流传感器和C相电流传感器分别对无刷直流电机工作的A相电流、B相电流和C相电流进行检测，A相A/D转换器、B相A/D转换器和C相A/D转换器分别对A相电流传感器、B相电流传感器和C相电流传感器检测到的信号进行采集并将采集到的信号输出给微处理器模块；其中，A相A/D转换器、B相A/D转换器和C相A/D转换器与无刷直流电机的PWM控制同步触发，A相A/D转换器、B相A/D转换器和C相A/D转换器的采样周期与无刷直流电机的PWM控制周期相同，且在PWM控制周期的高电平时间段ton内进行采样；
步骤二、三相电流数据分析处理及无刷直流电机两相短路故障定位，具体过程为：
步骤201、所述微处理器模块对A相A/D转换器、B相A/D转换器和C相A/D转换器输出给其的信号进行分析处理，得到A相电流的大小和方向，B相电流的大小和方向，以及C相电流的大小和方向；
步骤202、在无刷直流电机绕组换向工作的六个工作状态内，所述微处理器模块判断A相电流、B相电流和C相电流的流向是否发生了变化，当A相电流、B相电流或C相电流的流向发生了变化时，所述微处理器模块根据电流的流向变化情况定位两相短路故障；当A相电流、B相电流和C相电流的流向均未发生变化时，执行步骤203；
步骤203、微处理器模块调用故障定位模块并根据故障电流阈值判断法定位两相短路故障；
步骤三、微处理器模块根据两相短路故障定位结果对无刷直流电机进行四步换相容错运行控制。
上述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：所述A相电流传感器、B相电流传感器和C相电流传感器均为型号为AC712的电流传感器，步骤201中所述微处理器模块对A相A/D转换器、B相A/D转换器和C相A/D转换器输出给其的信号进行分析处理，得到A相电流的方向，B相电流的方向，以及C相电流的方向，是通过将A相电流的大小、B相电流的大小，以及C相电流的大小与基准电流大小相比较得到的，当A相电流的大小、B相电流的大小或C相电流的大小小于基准电流时，方向为负方向；当A相电流的大小、B相电流的大小或C相电流的大小大于基准电流时，方向为正方向。
上述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：步骤202中所述微处理器模块根据电流的流向变化情况定位两相短路故障的具体方法为：
定义无刷直流电机转子转动的电角度θ为[0°,60°)、[60°,120°)、[120°,180°)、[180°,240°)、[240°,300°)和[300°,360°)六个区间，并定义S1工作状态为无刷直流电机转子转动的电角度θ在[0°,60°)区间，A相电流为0，B相电流为正方向，C相电流为负方向；定义S2工作状态为无刷直流电机转子转动的电角度θ在[60°,120°)区间，A相电流为负方向，B相电流为正方向，C相电流为0；定义S3工作状态为无刷直流电机转子转动的电角度θ在[120°,180°)区间，A相电流为负方向，B相电流为0，C相电流为正方向；定义S4工作状态为无刷直流电机转子转动的电角度θ在[180°,240°)区间，A相电流为0，B相电流为负方向，C相电流为正方向；定义S5工作状态为无刷直流电机转子转动的电角度θ在[240°,300°)区间，A相电流为正方向，B相电流为负方向，C相电流为0；定义S6工作状态为无刷直流电机转子转动的电角度θ在[300°,360°)区间，A相电流为正方向，B相电流为0，C相电流为负方向；
在无刷直流电机绕组换向工作的S1工作状态，当A相电流从0变为正方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路；当A相电流从0变为负方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AC两相短路；
在无刷直流电机绕组换向工作的S2工作状态，当C相电流从0变为负方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为AC两相短路；当C相电流从0变为正方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为BC两相短路；
在无刷直流电机绕组换向工作的S3工作状态，当B相电流从0变为负方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路；当B相电流从0变为正方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为BC两相短路；
在无刷直流电机绕组换向工作的S4工作状态，当A相电流从0变为负方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路；当A相电流从0变为正方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AC两相短路；
在无刷直流电机绕组换向工作的S5工作状态，当C相电流从0变为负方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为BC两相短路；当C相电流从0变为正方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为AC两相短路；
在无刷直流电机绕组换向工作的S6工作状态，当B相电流从0变为负方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为BC两相短路；当B相电流从0变为正方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路。
上述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：步骤203中所述微处理器模块调用故障定位模块并根据故障电流阈值判断法定位两相短路故障的具体过程为：
步骤2031、所述微处理器模块定义当前第k个PWM控制周期内采样得到的A相电流为iA,k、B相电流为iB,k，C相电流为iC,k；定义下一PWM控制周期内采样得到的A相电流为iA,k+1、B相电流为iB,k+1，C相电流为iC,k+1；其中，k的取值为非0自然数；
步骤2032、所述微处理器模块根据公式δA＝|iA,k+1-iA,k|计算得到A相电流差的绝对值δA，根据公式δB＝|iB,k+1-iB,k|计算得到B相电流差的绝对值δB，根据公式δC＝|iC,k+1-iC,k|计算得到C相电流差的绝对值δC；
步骤2033、所述微处理器模块将A相电流差的绝对值δA、B相电流差的绝对值δB和C相电流差的绝对值δC均与故障阈值δT相比较，当δA≥δT且δB≥δT时，判断为AB两相短路；当δA≥δT且δC≥δT时，判断为AC两相短路；当δB≥δT且δC≥δT时，判断为BC两相短路。
上述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：步骤2033中所述故障阈值δT的取值为δT＝εI，其中，ε为判故因子且ε的取值为2.2～2.4，I为无刷直流电机无故障平稳运行时A相电流幅值、B相电流幅值或C相电流幅值。
上述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：步骤三中所述微处理器模块根据两相短路故障定位结果对无刷直流电机进行四步换相容错运行控制的具体方法为：
当两相短路故障定位结果为BC两相短路时，第一步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[0°,60°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从B相绕组流入电机，C相绕组流出电机；第二步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[60°,180°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从B相绕组和C相绕组流入电机，A相绕组流出电机；第三步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[180°,240°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从C相绕组流入电机，B相绕组流出电机；第四步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[240°,360°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组和C相绕组流出电机；
当两相短路故障定位结果为AC两相短路时，第一步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[0°,60°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组流入电机，C相绕组流出电机；第二步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[60°,180°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组和C相绕组流入电机，B相绕组流出电机；第三步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[180°,240°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组流出电机；第四步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[240°,360°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从B相绕组流入电机，AC相绕组流出电机；
当两相短路故障定位结果为AB两相短路时，第一步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[0°,60°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组流出电机；第二步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[60°,180°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组和B相绕组流入电机，C相绕组流出电机；第三步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[180°,240°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从B相绕组流入电机，A相绕组流出电机；第四步，在无刷直流电机转子转动的电角度θ为[240°,360°)的工作区间内，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组和B相绕组流出电机。
上述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：所述无刷直流电机驱动电路包括功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6，以及续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5和续流二极管D6；所述功率管VT1的栅极、功率管VT2的栅极、功率管VT3的栅极、功率管VT4的栅极、功率管VT5的栅极和功率管VT6的栅极分别与所述微处理器模块的六个PWM信号输出端连接，所述续流二极管D1的阳极与功率管VT1的发射极连接，所述续流二极管D1的阴极与功率管VT1的集电极连接，所述续流二极管D4的阳极与功率管VT4的发射极连接，所述续流二极管D4的阴极与功率管VT4的集电极连接，所述续流二极管D1的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述续流二极管D4的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述续流二极管D1的阳极与续流二极管D4的阴极连接，所述无刷直流电机的A相绕组与续流二极管D1和续流二极管D4的连接端连接；所述续流二极管D3的阳极与功率管VT3的发射极连接，所述续流二极管D3的阴极与功率管VT3的集电极连接，所述续流二极管D6的阳极与功率管VT6的发射极连接，所述续流二极管D6的阴极与功率管VT6的集电极连接，所述续流二极管D3的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述续流二极管D6的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述续流二极管D3的阳极与续流二极管D6的阴极连接，所述无刷直流电机的B相绕组与续流二极管D3和续流二极管D6的连接端连接；所述续流二极管D5的阳极与功率管VT5的发射极连接，所述续流二极管D5的阴极与功率管VT5的集电极连接，所述续流二极管D2的阳极与功率管VT2的发射极连接，所述续流二极管D2的阴极与功率管VT2的集电极连接，所述续流二极管D5的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述续流二极管D2的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述续流二极管D5的阳极与续流二极管D2的阴极连接，所述无刷直流电机的C相绕组与续流二极管D5和续流二极管D2的连接端连接；
步骤三中当两相短路故障定位结果为BC两相短路时，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从B相绕组流入电机，C相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从B相绕组和C相绕组流入电机，A相绕组流出电机，是通过控制功率管VT3和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT5和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从C相绕组流入电机，B相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组和C相绕组流出电机，是通过控制功率管VT1和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4和功率管VT5输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT1和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；
步骤三中当两相短路故障定位结果为AC两相短路时，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组流入电机，C相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组和C相绕组流入电机，B相绕组流出电机，是通过控制功率管VT1和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4和功率管VT5输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT5和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4输出驱动信号实现的；所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从B相绕组流入电机，AC相绕组流出电机，是通过控制功率管VT3和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT3和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；
步骤三中当两相短路故障定位结果为AB两相短路时，所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从A相绕组和B相绕组流入电机，C相绕组流出电机，是通过控制功率管VT1和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT3和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从B相绕组流入电机，A相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块通过控制无刷直流电机驱动电路，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组和B相绕组流出电机，是通过控制功率管VT5和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT5和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4输出驱动信号实现的。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明针对无刷直流电机绕组两相短路故障情况，提出一种故障定位方法与容错运行控制方法，通过在电机绕组设置电流检测元件，对三相电流进行检测，根据电流方向变化或连续两次电流检测值的差值作为特征量进行故障定位，再根据定位结果，改变无刷直流电机驱动电路中功率管的导通次序、导通时间，实现对两相短路无刷直流电机的容错控制，同时实现故障隔离，无需增加逆变桥臂数量与熔断保护电路就能够实现故障隔离和容错运行，也没有增加电机绕组余度数目，方法步骤简单，实现方便。
2、本发明能够实现无刷直流电机两相短路故障的快速定位，并能够及时控制无刷直流电机在故障后进行容错运行，实现了及时的故障隔离，能够有效避免两相短路故障发生后母线电流急速上升在极短时间内引起二次故障，能够保证无刷直流电机在绕组两相短路故障后仍稳定可靠工作，有效提高了无刷直流电机系统工作的可靠性和稳定性。
3、本发明两相短路故障定位方法的定位时间短，满足快速性要求，且定位准确。
4、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明的方法步骤简单，实现方便，故障定位时间短，准确性高，容错运行控制方法能够保证无刷直流电机在绕组两相短路故障后仍稳定可靠工作，有效提高了无刷直流电机系统工作的可靠性和稳定性，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
图2为本发明采用的数据采集控制系统的电路原理框图。
图3为本发明A相电流的采样时刻示意图。
图4为本发明无刷直流电机绕组换向工作的六个工作状态下三相电流与反电势的示意图。
图5为本发明无刷直流电机驱动电路的电路原理图。
图6A为本发明无刷直流电机正常运行过程中发生BC两相短路容错控制的三相电流仿真波形图。
图6B为本发明无刷直流电机正常运行过程中发生BC两相短路容错控制的转矩仿真波形图。
图6C为本发明无刷直流电机正常运行过程中发生BC两相短路容错控制的转速仿真波形图。
附图标记说明:
1—A相电流传感器；2—B相电流传感器；3—C相电流传感器；
4—A相A/D转换器；5—B相A/D转换器；6—C相A/D转换器；
7—微处理器模块；8—无刷直流电机驱动电路；
9—无刷直流电机。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，包括以下步骤：
步骤一、三相电流数据采集及传输：在无刷直流电机9绕组换向工作的六个工作状态内，A相电流传感器1、B相电流传感器2和C相电流传感器3分别对无刷直流电机9工作的A相电流、B相电流和C相电流进行检测，A相A/D转换器4、B相A/D转换器5和C相A/D转换器6分别对A相电流传感器1、B相电流传感器2和C相电流传感器3检测到的信号进行采集并将采集到的信号输出给微处理器模块7；其中，A相A/D转换器4、B相A/D转换器5和C相A/D转换器6与无刷直流电机9的PWM控制同步触发，A相A/D转换器4、B相A/D转换器5和C相A/D转换器6的采样周期与无刷直流电机9的PWM控制周期相同，且在PWM控制周期的高电平时间段ton内进行采样；在高电平时间段ton内，加在无刷直流电机9A相绕组、B相绕组和C相绕组两端的平均电压增加，A相电流、B相电流和C相电流持续上升；A相A/D转换器4、B相A/D转换器5和C相A/D转换器6在PWM控制周期的高电平时间段ton内进行采样，即采样时刻选在高电平时间段ton内，以A相绕组为例，采样时刻如图3所示；
步骤二、三相电流数据分析处理及无刷直流电机9两相短路故障定位，具体过程为：
步骤201、所述微处理器模块7对A相A/D转换器4、B相A/D转换器5和C相A/D转换器6输出给其的信号进行分析处理，得到A相电流的大小和方向，B相电流的大小和方向，以及C相电流的大小和方向；
本实施例中，所述A相电流传感器1、B相电流传感器2和C相电流传感器3均为型号为AC712的电流传感器，步骤201中所述微处理器模块7对A相A/D转换器4、B相A/D转换器5和C相A/D转换器6输出给其的信号进行分析处理，得到A相电流的方向，B相电流的方向，以及C相电流的方向，是通过将A相电流的大小、B相电流的大小，以及C相电流的大小与基准电流大小相比较得到的，当A相电流的大小、B相电流的大小或C相电流的大小小于基准电流时，方向为负方向；当A相电流的大小、B相电流的大小或C相电流的大小大于基准电流时，方向为正方向。
具体实施时，所述基准电流大小为2.5A。
具体实施时，所述微处理器模块7为TI公司生产的DSP数字信号处理器TMS320F28335，所述A相A/D转换器4、B相A/D转换器5和C相A/D转换器6均为集成在DSP数字信号处理器TMS320F28335内部的A/D转换器，DSP数字信号处理器TMS320F28335内部的A/D转换器为12位高精度A/D转换器，最小A/D转换时间0.04us。
步骤202、在无刷直流电机9绕组换向工作的六个工作状态内，所述微处理器模块7判断A相电流、B相电流和C相电流的流向是否发生了变化，当A相电流、B相电流或C相电流的流向发生了变化时，所述微处理器模块7根据电流的流向变化情况定位两相短路故障；当A相电流、B相电流和C相电流的流向均未发生变化时，执行步骤203；
本实施例中，步骤202中所述微处理器模块7根据电流的流向变化情况定位两相短路故障的具体方法为：
定义无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[0°,60°)、[60°,120°)、[120°,180°)、[180°,240°)、[240°,300°)和[300°,360°)六个区间，并定义S1工作状态为无刷直流电机9转子转动的电角度θ在[0°,60°)区间，A相电流为0，B相电流为正方向，C相电流为负方向；定义S2工作状态为无刷直流电机9转子转动的电角度θ在[60°,120°)区间，A相电流为负方向，B相电流为正方向，C相电流为0；定义S3工作状态为无刷直流电机9转子转动的电角度θ在[120°,180°)区间，A相电流为负方向，B相电流为0，C相电流为正方向；定义S4工作状态为无刷直流电机9转子转动的电角度θ在[180°,240°)区间，A相电流为0，B相电流为负方向，C相电流为正方向；定义S5工作状态为无刷直流电机9转子转动的电角度θ在[240°,300°)区间，A相电流为正方向，B相电流为负方向，C相电流为0；定义S6工作状态为无刷直流电机9转子转动的电角度θ在[300°,360°)区间，A相电流为正方向，B相电流为0，C相电流为负方向；
本实施例中，无刷直流电机9绕组换向工作的六个工作状态下三相电流与反电势的示意图如图4所示，图4中，eA、eB、eC分别为无刷直流电机9的A相绕组、B相绕组、C相绕组的反电动势；无刷直流电机9每60°电角度换相1次，1个电周期内换相6次。
在无刷直流电机9绕组换向工作的S1工作状态，当A相电流从0变为正方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路；当A相电流从0变为负方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AC两相短路；
在无刷直流电机9绕组换向工作的S2工作状态，当C相电流从0变为负方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为AC两相短路；当C相电流从0变为正方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为BC两相短路；
在无刷直流电机9绕组换向工作的S3工作状态，当B相电流从0变为负方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路；当B相电流从0变为正方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为BC两相短路；
在无刷直流电机9绕组换向工作的S4工作状态，当A相电流从0变为负方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路；当A相电流从0变为正方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AC两相短路；
在无刷直流电机9绕组换向工作的S5工作状态，当C相电流从0变为负方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为BC两相短路；当C相电流从0变为正方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为AC两相短路；
在无刷直流电机9绕组换向工作的S6工作状态，当B相电流从0变为负方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为BC两相短路；当B相电流从0变为正方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路。
本实施例中，所述微处理器模块7根据电流的流向变化情况定位两相短路故障的方法如表1所示。
表1两相短路故障定位表
步骤203、微处理器模块7调用故障定位模块并根据故障电流阈值判断法定位两相短路故障；
本实施例中，步骤203中所述微处理器模块7调用故障定位模块并根据故障电流阈值判断法定位两相短路故障的具体过程为：
步骤2031、所述微处理器模块7定义当前第k个PWM控制周期内采样得到的A相电流为iA,k、B相电流为iB,k，C相电流为iC,k；定义下一PWM控制周期内采样得到的A相电流为iA,k+1、B相电流为iB,k+1，C相电流为iC,k+1；其中，k的取值为非0自然数；
步骤2032、所述微处理器模块7根据公式δA＝|iA,k+1-iA,k|计算得到A相电流差的绝对值δA，根据公式δB＝|iB,k+1-iB,k|计算得到B相电流差的绝对值δB，根据公式δC＝|iC,k+1-iC,k|计算得到C相电流差的绝对值δC；
步骤2033、所述微处理器模块7将A相电流差的绝对值δA、B相电流差的绝对值δB和C相电流差的绝对值δC均与故障阈值δT相比较，当δA≥δT且δB≥δT时，判断为AB两相短路；当δA≥δT且δC≥δT时，判断为AC两相短路；当δB≥δT且δC≥δT时，判断为BC两相短路。
本实施例中，步骤2033中所述故障阈值δT的取值为δT＝εI，其中，ε为判故因子且ε的取值为2.2～2.4，I为无刷直流电机9无故障平稳运行时A相电流幅值、B相电流幅值或C相电流幅值。无刷直流电机9无故障平稳运行时，A相电流幅值、B相电流幅值和C相电流幅值是相等的。
本实施例中，判故因子ε的取值考虑了无刷直流电机换相转矩脉动和负载波动影响，根据取值1.94保留了10％～20％的裕量，取值为2.2～2.4。具体实施时，ε的取值越接近2.2，越容易出现误诊断，ε的取值越接近2.4，越容易出现漏诊断。
以S1状态为例对故障定位时间进行理论分析：当发生AC、AB相短路时，A相电流由0置为“-”或“+”，设置在A相绕组的A相电流传感器1在1个PWM周期内检测到电流即可对故障进行定位，定位时间为1个PWM周期；当发生BC相短路时，需2个PWM周期进行阈值判定，定位时间为2个PWM周期。由此可得，该故障定位方法定位准确，以20kHz的斩波频率为例，定位时间在50us～100us，满足快速性要求。
步骤三、微处理器模块7根据两相短路故障定位结果对无刷直流电机9进行四步换相容错运行控制。
本实施例中，步骤三中所述微处理器模块7根据两相短路故障定位结果对无刷直流电机9进行四步换相容错运行控制的具体方法为：
当两相短路故障定位结果为BC两相短路时，第一步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[0°,60°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从B相绕组流入电机，C相绕组流出电机；第二步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[60°,180°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从B相绕组和C相绕组流入电机，A相绕组流出电机；第三步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[180°,240°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从C相绕组流入电机，B相绕组流出电机；第四步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[240°,360°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组和C相绕组流出电机；
当两相短路故障定位结果为AC两相短路时，第一步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[0°,60°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组流入电机，C相绕组流出电机；第二步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[60°,180°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组和C相绕组流入电机，B相绕组流出电机；第三步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[180°,240°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组流出电机；第四步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[240°,360°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从B相绕组流入电机，AC相绕组流出电机；
当两相短路故障定位结果为AB两相短路时，第一步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[0°,60°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组流出电机；第二步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[60°,180°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组和B相绕组流入电机，C相绕组流出电机；第三步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[180°,240°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从B相绕组流入电机，A相绕组流出电机；第四步，在无刷直流电机9转子转动的电角度θ为[240°,360°)的工作区间内，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组和B相绕组流出电机。
本实施例中，如图5所示，所述无刷直流电机驱动电路8包括功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6，以及续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5和续流二极管D6；所述功率管VT1的栅极、功率管VT2的栅极、功率管VT3的栅极、功率管VT4的栅极、功率管VT5的栅极和功率管VT6的栅极分别与所述微处理器模块7的六个PWM信号输出端连接，所述续流二极管D1的阳极与功率管VT1的发射极连接，所述续流二极管D1的阴极与功率管VT1的集电极连接，所述续流二极管D4的阳极与功率管VT4的发射极连接，所述续流二极管D4的阴极与功率管VT4的集电极连接，所述续流二极管D1的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述续流二极管D4的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述续流二极管D1的阳极与续流二极管D4的阴极连接，所述无刷直流电机9的A相绕组与续流二极管D1和续流二极管D4的连接端连接；所述续流二极管D3的阳极与功率管VT3的发射极连接，所述续流二极管D3的阴极与功率管VT3的集电极连接，所述续流二极管D6的阳极与功率管VT6的发射极连接，所述续流二极管D6的阴极与功率管VT6的集电极连接，所述续流二极管D3的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述续流二极管D6的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述续流二极管D3的阳极与续流二极管D6的阴极连接，所述无刷直流电机9的B相绕组与续流二极管D3和续流二极管D6的连接端连接；所述续流二极管D5的阳极与功率管VT5的发射极连接，所述续流二极管D5的阴极与功率管VT5的集电极连接，所述续流二极管D2的阳极与功率管VT2的发射极连接，所述续流二极管D2的阴极与功率管VT2的集电极连接，所述续流二极管D5的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述续流二极管D2的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述续流二极管D5的阳极与续流二极管D2的阴极连接，所述无刷直流电机9的C相绕组与续流二极管D5和续流二极管D2的连接端连接；
图5中，RA、RB、RC分别为无刷直流电机9的三相绕组的电阻；LA、LB、LC分别为无刷直流电机9的三相绕组的等效电感；eA、eB、eC分别为无刷直流电机9的三相绕组的反电动势；iA、iB、iC分别为无刷直流电机9的三相绕组的相电流。在无刷直流电机9绕组换向工作的S1工作状态，导通功率管VT3和功率管VT2，在无刷直流电机9绕组换向工作的S2工作状态，导通功率管VT3和功率管VT4，在无刷直流电机9绕组换向工作的S3工作状态，导通功率管VT5和功率管VT4，在无刷直流电机9绕组换向工作的S4工作状态，导通功率管VT5和功率管VT6，在无刷直流电机9绕组换向工作的S5工作状态，导通功率管VT1和功率管VT6，在无刷直流电机9绕组换向工作的S6工作状态，导通功率管VT1和功率管VT2。
步骤三中当两相短路故障定位结果为BC两相短路时，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从B相绕组流入电机，C相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从B相绕组和C相绕组流入电机，A相绕组流出电机，是通过控制功率管VT3和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT5和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从C相绕组流入电机，B相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组和C相绕组流出电机，是通过控制功率管VT1和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4和功率管VT5输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT1和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；
步骤三中当两相短路故障定位结果为AC两相短路时，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组流入电机，C相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组和C相绕组流入电机，B相绕组流出电机，是通过控制功率管VT1和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4和功率管VT5输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT5和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4输出驱动信号实现的；所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从B相绕组流入电机，AC相绕组流出电机，是通过控制功率管VT3和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT3和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；
步骤三中当两相短路故障定位结果为AB两相短路时，所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从A相绕组和B相绕组流入电机，C相绕组流出电机，是通过控制功率管VT1和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT3和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从B相绕组流入电机，A相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块7通过控制无刷直流电机驱动电路8，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组和B相绕组流出电机，是通过控制功率管VT5和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT5和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4输出驱动信号实现的。
为了验证本发明容错运行控制方法的可行性，采用MATLAB软件进行了仿真验证。仿真时直流供电电压48V(即供电电源E的输出电压为48V)，调制方式为上桥臂PWM调制、下桥臂PWM调制(H_PWM-L_PWM)，无刷直流电机9的模型参数如表2所示。
表2无刷直流电机的模型参数表
图6A～6C为无刷直流电机9正常运行过程中发生BC两相短路容错控制仿真波形图。由仿真波形可知，由于无刷直流电机9绕组短路导致内部磁场分布不均匀，无刷直流电机9容错运行时三相绕组电流波形有一定程度的畸变与尖峰；当负载为0.5Nm时，正常运行转矩为0.4Nm～0.6Nm，容错输出转矩为0.4Nm～0.7Nm，转矩波动增加16.6％；当电机正常运行转速为600r/min时，容错转速在570r/min～608r/min范围内，转速波动在5％以内；无刷直流电机9的容错运行控制方法能够有效保证无刷直流电机9运行的可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、三相电流数据采集及传输：在无刷直流电机(9)绕组换向工作的六个工作状态内，A相电流传感器(1)、B相电流传感器(2)和C相电流传感器(3)分别对无刷直流电机(9)工作的A相电流、B相电流和C相电流进行检测，A相A/D转换器(4)、B相A/D转换器(5)和C相A/D转换器(6)分别对A相电流传感器(1)、B相电流传感器(2)和C相电流传感器(3)检测到的信号进行采集并将采集到的信号输出给微处理器模块(7)；其中，A相A/D转换器(4)、B相A/D转换器(5)和C相A/D转换器(6)与无刷直流电机(9)的PWM控制同步触发，A相A/D转换器(4)、B相A/D转换器(5)和C相A/D转换器(6)的采样周期与无刷直流电机(9)的PWM控制周期相同，且在PWM控制周期的高电平时间段ton内进行采样；
步骤二、三相电流数据分析处理及无刷直流电机(9)两相短路故障定位，具体过程为：
步骤201、所述微处理器模块(7)对A相A/D转换器(4)、B相A/D转换器(5)和C相A/D转换器(6)输出给其的信号进行分析处理，得到A相电流的大小和方向，B相电流的大小和方向，以及C相电流的大小和方向；
步骤202、在无刷直流电机(9)绕组换向工作的六个工作状态内，所述微处理器模块(7)判断A相电流、B相电流和C相电流的流向是否发生了变化，当A相电流、B相电流或C相电流的流向发生了变化时，所述微处理器模块(7)根据电流的流向变化情况定位两相短路故障；当A相电流、B相电流和C相电流的流向均未发生变化时，执行步骤203；
步骤203、微处理器模块(7)调用故障定位模块并根据故障电流阈值判断法定位两相短路故障；
步骤三、微处理器模块(7)根据两相短路故障定位结果对无刷直流电机(9)进行四步换相容错运行控制。
2.按照权利要求1所述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：所述A相电流传感器(1)、B相电流传感器(2)和C相电流传感器(3)均为型号为AC712的电流传感器，步骤201中所述微处理器模块(7)对A相A/D转换器(4)、B相A/D转换器(5)和C相A/D转换器(6)输出给其的信号进行分析处理，得到A相电流的方向，B相电流的方向，以及C相电流的方向，是通过将A相电流的大小、B相电流的大小，以及C相电流的大小与基准电流大小相比较得到的，当A相电流的大小、B相电流的大小或C相电流的大小小于基准电流时，方向为负方向；当A相电流的大小、B相电流的大小或C相电流的大小大于基准电流时，方向为正方向。
3.按照权利要求1所述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：步骤202中所述微处理器模块(7)根据电流的流向变化情况定位两相短路故障的具体方法为：
定义无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[0°,60°)、[60°,120°)、[120°,180°)、[180°,240°)、[240°,300°)和[300°,360°)六个区间，并定义S1工作状态为无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ在[0°,60°)区间，A相电流为0，B相电流为正方向，C相电流为负方向；定义S2工作状态为无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ在[60°,120°)区间，A相电流为负方向，B相电流为正方向，C相电流为0；定义S3工作状态为无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ在[120°,180°)区间，A相电流为负方向，B相电流为0，C相电流为正方向；定义S4工作状态为无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ在[180°,240°)区间，A相电流为0，B相电流为负方向，C相电流为正方向；定义S5工作状态为无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ在[240°,300°)区间，A相电流为正方向，B相电流为负方向，C相电流为0；定义S6工作状态为无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ在[300°,360°)区间，A相电流为正方向，B相电流为0，C相电流为负方向；
在无刷直流电机(9)绕组换向工作的S1工作状态，当A相电流从0变为正方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路；当A相电流从0变为负方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AC两相短路；
在无刷直流电机(9)绕组换向工作的S2工作状态，当C相电流从0变为负方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为AC两相短路；当C相电流从0变为正方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为BC两相短路；
在无刷直流电机(9)绕组换向工作的S3工作状态，当B相电流从0变为负方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路；当B相电流从0变为正方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为BC两相短路；
在无刷直流电机(9)绕组换向工作的S4工作状态，当A相电流从0变为负方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路；当A相电流从0变为正方向，且B相电流和C相电流流向不变时，判断为AC两相短路；
在无刷直流电机(9)绕组换向工作的S5工作状态，当C相电流从0变为负方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为BC两相短路；当C相电流从0变为正方向，且A相电流和B相电流流向不变时，判断为AC两相短路；
在无刷直流电机(9)绕组换向工作的S6工作状态，当B相电流从0变为负方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为BC两相短路；当B相电流从0变为正方向，且A相电流和C相电流流向不变时，判断为AB两相短路。
4.按照权利要求1所述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：步骤203中所述微处理器模块(7)调用故障定位模块并根据故障电流阈值判断法定位两相短路故障的具体过程为：
步骤2031、所述微处理器模块(7)定义当前第k个PWM控制周期内采样得到的A相电流为iA,k、B相电流为iB,k，C相电流为iC,k；定义下一PWM控制周期内采样得到的A相电流为iA,k+1、B相电流为iB,k+1，C相电流为iC,k+1；其中，k的取值为非0自然数；
步骤2032、所述微处理器模块(7)根据公式δA＝|iA,k+1-iA,k|计算得到A相电流差的绝对值δA，根据公式δB＝|iB,k+1-iB,k|计算得到B相电流差的绝对值δB，根据公式δC＝|iC,k+1-iC,k|计算得到C相电流差的绝对值δC；
步骤2033、所述微处理器模块(7)将A相电流差的绝对值δA、B相电流差的绝对值δB和C相电流差的绝对值δC均与故障阈值δT相比较，当δA≥δT且δB≥δT时，判断为AB两相短路；当δA≥δT且δC≥δT时，判断为AC两相短路；当δB≥δT且δC≥δT时，判断为BC两相短路。
5.按照权利要求3所述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：步骤2033中所述故障阈值δT的取值为δT＝εI，其中，ε为判故因子且ε的取值为2.2～2.4，I为无刷直流电机(9)无故障平稳运行时A相电流幅值、B相电流幅值或C相电流幅值。
6.按照权利要求1所述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：步骤三中所述微处理器模块(7)根据两相短路故障定位结果对无刷直流电机(9)进行四步换相容错运行控制的具体方法为：
当两相短路故障定位结果为BC两相短路时，第一步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[0°,60°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从B相绕组流入电机，C相绕组流出电机；第二步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[60°,180°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从B相绕组和C相绕组流入电机，A相绕组流出电机；第三步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[180°,240°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从C相绕组流入电机，B相绕组流出电机；第四步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[240°,360°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组和C相绕组流出电机；
当两相短路故障定位结果为AC两相短路时，第一步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[0°,60°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组流入电机，C相绕组流出电机；第二步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[60°,180°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组和C相绕组流入电机，B相绕组流出电机；第三步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[180°,240°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组流出电机；第四步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[240°,360°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从B相绕组流入电机，AC相绕组流出电机；
当两相短路故障定位结果为AB两相短路时，第一步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[0°,60°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组流出电机；第二步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[60°,180°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组和B相绕组流入电机，C相绕组流出电机；第三步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[180°,240°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从B相绕组流入电机，A相绕组流出电机；第四步，在无刷直流电机(9)转子转动的电角度θ为[240°,360°)的工作区间内，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组和B相绕组流出电机。
7.按照权利要求6所述的无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法，其特征在于：所述无刷直流电机驱动电路(8)包括功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6，以及续流二极管D1、续流二极管D2、续流二极管D3、续流二极管D4、续流二极管D5和续流二极管D6；所述功率管VT1的栅极、功率管VT2的栅极、功率管VT3的栅极、功率管VT4的栅极、功率管VT5的栅极和功率管VT6的栅极分别与所述微处理器模块(7)的六个PWM信号输出端连接，所述续流二极管D1的阳极与功率管VT1的发射极连接，所述续流二极管D1的阴极与功率管VT1的集电极连接，所述续流二极管D4的阳极与功率管VT4的发射极连接，所述续流二极管D4的阴极与功率管VT4的集电极连接，所述续流二极管D1的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述续流二极管D4的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述续流二极管D1的阳极与续流二极管D4的阴极连接，所述无刷直流电机(9)的A相绕组与续流二极管D1和续流二极管D4的连接端连接；所述续流二极管D3的阳极与功率管VT3的发射极连接，所述续流二极管D3的阴极与功率管VT3的集电极连接，所述续流二极管D6的阳极与功率管VT6的发射极连接，所述续流二极管D6的阴极与功率管VT6的集电极连接，所述续流二极管D3的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述续流二极管D6的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述续流二极管D3的阳极与续流二极管D6的阴极连接，所述无刷直流电机(9)的B相绕组与续流二极管D3和续流二极管D6的连接端连接；所述续流二极管D5的阳极与功率管VT5的发射极连接，所述续流二极管D5的阴极与功率管VT5的集电极连接，所述续流二极管D2的阳极与功率管VT2的发射极连接，所述续流二极管D2的阴极与功率管VT2的集电极连接，所述续流二极管D5的阴极与供电电源E的正极输出端连接，所述续流二极管D2的阳极与供电电源E的负极输出端连接，所述续流二极管D5的阳极与续流二极管D2的阴极连接，所述无刷直流电机(9)的C相绕组与续流二极管D5和续流二极管D2的连接端连接；
步骤三中当两相短路故障定位结果为BC两相短路时，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从B相绕组流入电机，C相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从B相绕组和C相绕组流入电机，A相绕组流出电机，是通过控制功率管VT3和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT5和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从C相绕组流入电机，B相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组和C相绕组流出电机，是通过控制功率管VT1和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4和功率管VT5输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT1和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；
步骤三中当两相短路故障定位结果为AC两相短路时，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组流入电机，C相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组和C相绕组流入电机，B相绕组流出电机，是通过控制功率管VT1和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4和功率管VT5输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT5和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4输出驱动信号实现的；所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从B相绕组流入电机，AC相绕组流出电机，是通过控制功率管VT3和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT3和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；
步骤三中当两相短路故障定位结果为AB两相短路时，所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组流入电机，B相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从A相绕组和B相绕组流入电机，C相绕组流出电机，是通过控制功率管VT1和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT3和功率管VT2导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从B相绕组流入电机，A相绕组流出电机，是通过禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3、功率管VT4、功率管VT5和功率管VT6输出驱动信号实现的；所述微处理器模块(7)通过控制无刷直流电机驱动电路(8)，控制电流从C相绕组流入电机，A相绕组和B相绕组流出电机，是通过控制功率管VT5和功率管VT4导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT6输出驱动信号实现的；或者是通过控制功率管VT5和功率管VT6导通，并禁止给功率管VT1、功率管VT2、功率管VT3和功率管VT4输出驱动信号实现的。
CN201810292127.3A 2018-04-03 2018-04-03 无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法 Active CN108667352B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810292127.3A CN108667352B (zh) 2018-04-03 2018-04-03 无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810292127.3A CN108667352B (zh) 2018-04-03 2018-04-03 无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108667352A true CN108667352A (zh) 2018-10-16
CN108667352B CN108667352B (zh) 2019-05-07

Family

ID=63783022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810292127.3A Active CN108667352B (zh) 2018-04-03 2018-04-03 无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108667352B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518859A (zh) * 2019-08-14 2019-11-29 江苏大学 一种基于扰动观测器的五相永磁电机短路容错直接转矩控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101160713A (zh) * 2005-04-15 2008-04-09 株式会社日立制作所 交流电动机控制装置
CN101485080A (zh) * 2006-06-30 2009-07-15 丰田自动车株式会社 电机驱动装置
CN102208896A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 发那科株式会社 具有故障诊断功能的电动机驱动装置
JP2014128146A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Daikin Ind Ltd モータ制御装置
EP3156811A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-19 Continental Automotive GmbH Method and system for detecting an open phase fault in a multi-phase electric machine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101160713A (zh) * 2005-04-15 2008-04-09 株式会社日立制作所 交流电动机控制装置
CN101485080A (zh) * 2006-06-30 2009-07-15 丰田自动车株式会社 电机驱动装置
CN102208896A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 发那科株式会社 具有故障诊断功能的电动机驱动装置
JP2014128146A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Daikin Ind Ltd モータ制御装置
EP3156811A1 (en) * 2015-10-15 2017-04-19 Continental Automotive GmbH Method and system for detecting an open phase fault in a multi-phase electric machine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110518859A (zh) * 2019-08-14 2019-11-29 江苏大学 一种基于扰动观测器的五相永磁电机短路容错直接转矩控制方法
CN110518859B (zh) * 2019-08-14 2021-05-25 江苏大学 一种基于扰动观测器的五相永磁电机短路容错直接转矩控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108667352B (zh) 2019-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. A machine-learning-based fault diagnosis method with adaptive secondary sampling for multiphase drive systems
Gan et al. Wavelet packet decomposition-based fault diagnosis scheme for SRM drives with a single current sensor
CN106470008B (zh) 基于三相四桥臂的双绕组永磁容错电驱动系统和控制方法
Hu et al. Central-tapped node linked modular fault-tolerance topology for SRM applications
CN104767429B (zh) 无刷直流电机功率逆变器上电自检装置及自检方法
Tashakori et al. Fault diagnosis of in-wheel BLDC motor drive for electric vehicle application
CN106712601B (zh) 基于铜耗最小的轴向磁场磁通切换容错电机容错控制方法
Meinguet et al. Fault-tolerant operation of an open-end winding five-phase PMSM drive with inverter faults
CN105897114B (zh) 双定子双凸极电机故障容错驱动系统及控制方法
CN105897071A (zh) 双凸极电机容错型变换器驱动系统及其控制方法
Gan et al. Cost-effective current measurement technique for four-phase SRM control by split dual bus line without pulse injection and voltage penalty
CN113325334B (zh) 一种三相永磁同步电机驱动系统的开路故障诊断方法
CN109188271B (zh) 一种四相电励磁双凸极电机系统及其功率管单管开路故障检测方法
Shu et al. Fault diagnosis and fault-tolerant control scheme for open-circuit faults in three-stepped bridge converters
CN108039837A (zh) 一种双永磁同步电机容错逆变器及其控制方法
Hang et al. Quantitative fault severity estimation for high-resistance connection in PMSM drive system
CN108667352B (zh) 无刷直流电机两相短路故障定位与容错运行控制方法
Li et al. A fast diagnosis strategy for inverter open-circuit faults based on the current path of brushless DC motors
Sun et al. Fault diagnosis of a rotating rectifier in a wound-rotor synchronous starter/generator in the generation mode
Chen et al. Fault diagnosis for power converter in SRM drives based on current prediction
CN112363086B (zh) 基于eso-mld的逆变器开路故障快速诊断系统及其诊断方法
CN108448952A (zh) 一种能源互联网开关磁阻电机转子位置估计方法
CN114487917B (zh) 电励磁双凸极电机变换器功率管及绕组开路故障诊断方法
CN109600095A (zh) 一种基于四桥臂逆变器的永磁同步电机的断相容错控制系统及方法
Bao et al. An On-line Detection Method for Single-Phase Inter-Turn Fault Occurring in High-Speed PMSM

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200428

Address after: Room 11555, unit 1, building 3, yicuiyuan I Duhui community, tangyannan Road, Zhangba Street office, high tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province

Patentee after: XI'AN BOSHIDUN ELECTRIC EQUIPMENT MANUFACTURING Co.,Ltd.

Address before: 710054 No. 58, middle section, Yanta Road, Shaanxi, Xi'an

Patentee before: XI'AN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

TR01 Transfer of patent right