CN111679225A - 基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法，该方法将采集到的各相电流经过电流归一化/极值比处理器处理得到归一化平均电流以及归一化绝对值的平均电流值，并输出归一化平均电流诊断变量和归一化绝对值的平均电流极值比，然后将其代入故障变量判断准则，得到故障诊断信号，通过模糊逻辑开路故障诊断器的模糊化、模糊推理与去模糊化处理，得到系统故障信息；同时采用防系统空载或轻载误判断处理器，根据系统实际电流值确定给定电流的取值。本发明可靠性高、鲁棒性好，能够快速准确地诊断电驱动系统绕组、功率管的开路故障以及功率管间歇性开路故障，并判断故障位置。

Description

基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法

技术领域

本发明涉及电机故障诊断领域，尤其是涉及基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法。

背景技术

永磁同步电机驱动系统中常见的电气故障分为四种类型：功率管开路故障、功率管短路故障、绕组开路故障以及绕组短路故障。短路故障发生迅速并且检测困难，因此电机驱动器中存在硬件保护电路，在短路情况下，电机不能继续运行，必须进行修理，目前已经存在许多比较成熟的诊断方案。而相比于短路故障，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IGBT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。如果采用一定的技术来采集开路故障信息，并对故障进行定位，且采用相应的控制算法，则仍能保证系统的正常运行。因此，研究故障诊断技术对于永磁同步电机驱动系统的正常运行显得尤为重要。

电驱动系统故障诊断技术是实现电驱动系统容错运行的前提，对于电驱动系统开路故障诊断技术而言，目前主要有专家系统法、电流检测法和电压检测法三种。专家系统法基于经验积累，将有概率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，查询知识库即能判断故障类型，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。电流检测法是一种有效的方法，其系统的参数和控制策略是独立的，不需要额外增设的传感器，目前最为常见。

常见的开路故障诊断策略主要针对驱动系统功率管开关故障或者绕组开路故障。此外，电驱动系统除了单个和多个功率管完全开路故障，还存在着由于电磁干扰、线路老化、温度突变、硬件可靠性低等原因导致驱动信号失效引起的功率管间歇性开路故障问题。间歇性开路故障是介于健康状态和完全故障之间的一种故障，不属于功率管完全开路，而目前常用的传统方法尚且无法诊断。同时，针对电机驱动系统的故障诊断技术需要具备更高的可靠性、快速性和准确性。当前传统开路故障诊断方法诊断在负载突变或运行在空载或轻载情况下容易出现误判断的问题，并且诊断不够快速，这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。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法，使其简单易行，可靠性高，诊断时间短，能够智能有效地检测和定位电驱动系统绕组、功率管的开路故障，以及功率管的间歇性故障。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：将采集到的双绕组永磁容错电机ABC三相绕组电流i_a、i_b、i_c进行ABC/dq坐标变换得到d-q轴实际电流i_d1、i_q1，将采集到的双绕组永磁容错电机XYZ三相绕组电流i_x、i_y、i_z进行XYZ/dq坐标变换得到d-q轴实际电流i_d2、i_q2，将采集到的实际转速ω_r和给定转速ω_r*进行PI调节后输出两套绕组的给定q轴电流i_q1*、i_q2*，分别将两套绕组的d-q轴电流的实际值i_d1、i_q1、i_d2、i_q2与d-q轴电流的给定值i_d1*、i_q1*、i_d2*、i_q2*一一对应作差，经过PI调节和dq/αβ坐标变换得到αβ轴参考电压U_α1*、U_β1*和U_α2*、U_β2*，再分别通过电压空间矢量脉宽调制后得到两组三相PWM波，由逆变器1、逆变器2接收并驱动双绕组永磁容错电机运行；

步骤2：采用防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，分别根据两套绕组系统q轴实际电流值i_q1和i_q2的大小确定给定d轴电流i_d1*和i_d2*的取值；

步骤3：将采集到的双绕组永磁容错电机驱动系统的绕组ABC相电流i_a、i_b、i_c和绕组XYZ的相电流i_x、i_y、i_z，以及归一化平均电流诊断常量I₀、归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最小值m，代入归一化/极值比处理器，得到归一化平均电流诊断变量<i_nN>、归一化绝对值的平均电流极值比d_n；

步骤4：将归一化绝对值的平均电流极值比d_n、归一化平均电流诊断变量<i_nN>，以及诊断阈值a、b、c、a₀输入故障变量诊断准则模块，得到归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n和归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n；

步骤5：将归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n、归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n输入模糊逻辑开路故障诊断器；将归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n模糊化为{P, PS, Z, N}，归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n模糊化为{P,Z, N}，输出模糊化为{Fault}，以隶属函数的形式建立模糊数据库，采用模糊推理系统得到输入模糊变量与输出模糊变量之间的关系，然后进行解模糊，将模糊输出返回为清晰值得到故障标志信号。

优选的，所述步骤2中采用防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，根据系统q轴实际电流值i_q1、i_q2的大小确定给定d轴电流i_d1*、i_d2*的取值，具体处理方法为：

其中，i_d1*、i_d2*分别为两套绕组的给定d轴电流，i_q1、i_q2为q轴实际电流，F为系统带载情况的判断阀值，L为系统处于空载或轻载情况下d轴电流注入值。

优选的，所述步骤3中，相电流归一化处理以及求出归一化平均电流诊断变量<i_nN>、归一化绝对值的平均电流极值比d_n的方法具体如下：

步骤3.1：令电机两套绕组ABC和XYZ在α-β坐标系下各自实际电流值为i_α1、i_β1和i_α2、i_β2，通过Park矢量处理器进行处理得到处理后的电流基准值|i_s1|和|i_s2|，再经过归一化处理器处理得到归一化后的电机相电流i_nN，其中i_α1、i_β1和i_α2、i_β2分别为：

令i_n (n＝a ,b ,c和x ,y ,z)为采集到的两套绕组中各自的相电流值，归一化后的电机相电流i_nN为：

步骤3.2：对归一化后的电机相电流i_nN进行一个周期之内取平均值，得到归一化平均电流值<i_nN>*为：

其中，f_M为电机的运行频率；引入系统状态实际判别界限值，即归一化平均电流诊断变量<i_nN>表示为：

其中，I₀为归一化平均电流诊断常量；

步骤3.3：将归一化相电流i_nN取绝对值后再进行一个周期之内取平均值处理，得归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>：

令归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最大值为M，<|i_nN|>的最小值为m，得到归一化绝对值的平均电流极值比d_n表示为：

其中，d_n为归一化绝对值的平均电流极值比，M为归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最大值，m为归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最小值。

优选的，所述步骤4中，归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n为：

归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n为：

在正常情况下，归一化绝对值的平均电流极值比d_n值趋近于0，P代表诊断变量正，PS代表诊断变量正小，Z为诊断变量0，N为诊断变量负；a₀、a、b、c为诊断阈值，根据不同电机参数以及工况条件进行调整；I_n=P表示某相下功率管故障，I_n=Z表示运行正常或某相绕组故障，I_n=N表示某相上功率管故障；D_n=P表示绕组开路故障，D_n=PS表示系统功率管故障，D_n=Z表示存在功率管间歇性故障，D_n=N表示正常。

优选的，所述步骤5中，模糊规则为：

当D_a = P，D_b = N，D_c = N，I_a = Z时，fault=1，诊断结果为A相绕组存在开路故障；

当D_a = N，D_b = P，D_c = N，I_b = Z时，fault=1，诊断结果为B相绕组存在开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = P，I_c = Z时，fault=1，诊断结果为C相绕组存在开路故障；

当D_x = P，D_y = N，D_z = N，I_x = Z时，fault=1，诊断结果为X相绕组存在开路故障；

当D_x = N，D_y = P，D_z = N，I_y = Z时，fault=1，诊断结果为Y相绕组存在开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = P，I_z = Z时，fault=1，诊断结果为Z相绕组存在开路故障；

当D_a = PS，D_b = N，D_c = N，I_a = N时，fault=1，诊断结果为A相上功率管存在开路故障；

当D_a = Z，D_b = N，D_c = N，I_a = N时，0<fault<1，诊断结果为A相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = PS，D_b = N，D_c = N，I_a = P时，fault=1，诊断结果为A相下功率管存在开路故障；

当D_a = Z，D_b = N，D_c = N，I_a = P时，0<fault<1，诊断结果为A相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = PS，D_c = N，I_b = N时，fault=1，诊断结果为B相上功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = Z，D_c = N，I_b = N时，0<fault<1，诊断结果为B相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = PS，D_c = N，I_b = P时，fault=1，诊断结果为B相下功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = Z，D_c = N，I_b = P时，0<fault<1，诊断结果为B相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = PS，I_c = N时，fault=1，诊断结果为C相上功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = Z，I_c = N时，0<fault<1，诊断结果为C相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = PS，I_c = P时，fault=1，诊断结果为C相下功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = Z，I_c = P时，0<fault<1，诊断结果为C相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = PS，D_y = N，D_z = N，I_x = N时，fault=1，诊断结果为X相上功率管存在开路故障；

当D_x = Z，D_y = N，D_z = N，I_x = N时，0<fault<1，诊断结果为X相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = PS，D_y = N，D_z = N，I_x = P时，fault=1，诊断结果为X相下功率管存在开路故障；

当D_x = Z，D_y = N，D_z = N，I_x = P时，0<fault<1，诊断结果为X相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = PS，D_z = N，I_y = N时，fault=1，诊断结果为Y相上功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = Z，D_z = N，I_y = N时，0<fault<1，诊断结果为Y相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = PS，D_z = N，I_y = P时，fault=1，诊断结果为Y相下功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = Z，D_z = N，I_y = P时，0<fault<1，诊断结果为Y相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = PS，I_z = N时，fault=1，诊断结果为Z相上功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = Z，I_z = N时，0<fault<1，诊断结果为Z相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = PS，I_z = P时，fault=1，诊断结果为Z相下功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = Z，I_z = P时，0<fault<1，诊断结果为Z相下功率管存在间歇性开路故障。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明采用了基于双绕组容错电机的电驱动系统，具有可靠性高、容错性强的优点；

2、本发明提出的基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法仅需使用原有控制器所带有的霍尔电流传感器即可，并不需要额外的传感器或其他设备，简单易行；

3、本发明提出的基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法能够模仿人脑的不确定性概念判断、推理思维方式，应用模糊集合和模糊规则进行推理，表达过渡性界限或定性知识经验，模拟人脑方式，实行模糊综合判断，推理解决当前方法难于对付的规则型模糊信息问题，得到更智能准确的系统开路故障信息；

4、本发明提出的基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法能够准确有效地检测和定位系统功率管间歇性开路故障；

5、本发明简单易行，可靠性高，诊断快速，能避免空载、轻载或负载突变引起的误判断，能有效地检测和定位电驱动系统中绕组开路、功率管开路与功率管间歇性开路的故障，能进一步提高电机驱动系统的鲁棒性和稳定性。

附图说明

图1为本发明基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法的控制策略框图；

图2为双绕组永磁容错电机驱动系统的拓扑结构。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1为本发明基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法的控制策略框图；图2为双绕组永磁容错电机驱动系统的拓扑结构。图2所示是本发明所述的双绕组永磁容错电机驱动系统，所述的双绕组永磁容错电机是由十二槽定子和十极表贴式永磁体转子组成，其定子中包含两套相互独立的对称的三相集中式隔齿绕制的电枢绕组(绕组A、B、C和绕组X、Y、Z)，其由两套三相全桥驱动电路分别进行驱动，外部母线端为直流供电。图2中，T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆为驱动绕组A、B、C的三相全桥驱动电路中的功率开关管，T₇、T₈、T₉、T₁₀、T₁₁、T₁₂为驱动绕组X、Y、Z的三相全桥驱动电路中的功率开关管，R₁、S₁和R₂、S₂分别组成了两套能耗制动电路，U_dc1和U_dc2分别为两个独立的直流电源。绕组A、B、C和绕组X、Y、Z为容错电机的两套独立绕组。

如图1所示，是本发明所述的基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断的具体实施方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：将采集到的双绕组永磁容错电机ABC三相绕组电流i_a、i_b、i_c进行ABC/dq坐标变换得到d-q轴实际电流i_d1、i_q1，将采集到的双绕组永磁容错电机XYZ三相绕组电流i_x、i_y、i_z进行XYZ/dq坐标变换得到d-q轴实际电流i_d2、i_q2，将采集到的实际转速ω_r和给定转速ω_r*进行PI调节后输出两套绕组的给定q轴电流i_q1*、i_q2*，分别将两套绕组的d-q轴电流的实际值i_d1、i_q1、i_d2、i_q2与d-q轴电流的给定值i_d1*、i_q1*、i_d2*、i_q2*一一对应作差，经过PI调节和dq/αβ坐标变换得到αβ轴参考电压U_α1*、U_β1*和U_α2*、U_β2*，再分别通过电压空间矢量脉宽调制后得到两组三相PWM波，由逆变器1、逆变器2接收并驱动双绕组永磁容错电机运行；

步骤2：采用防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，分别根据两套绕组系统q轴实际电流值i_q1和i_q2的大小确定给定d轴电流i_d1*和i_d2*的取值，具体处理方法为：

其中，i_d1*、i_d2*分别为两套绕组的给定d轴电流，i_q1、i_q2为q轴实际电流，F为系统带载情况的判断阀值，这里取F为双绕组永磁容错电机额定电流值的20％，L为系统处于空载或轻载情况下d轴电流注入值。

步骤3：将采集到的双绕组永磁容错电机驱动系统的绕组ABC相电流i_a、i_b、i_c和绕组XYZ的相电流i_x、i_y、i_z，以及归一化平均电流诊断常量I₀、归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最小值m，代入归一化/极值比处理器，得到归一化平均电流诊断变量<i_nN>、归一化绝对值的平均电流极值比d_n；相电流归一化处理以及求出归一化平均电流诊断变量<i_nN>、归一化绝对值的平均电流极值比d_n的方法具体如下：

步骤3.1：令电机两套绕组ABC和XYZ在α-β坐标系下各自实际电流值为i_α1、i_β1和i_α2、i_β2，通过Park矢量处理器进行处理得到处理后的电流基准值|i_s1|和|i_s2|，再经过归一化处理器处理得到归一化后的电机相电流i_nN，其中i_α1、i_β1和i_α2、i_β2分别为：

令i_n (n＝a ,b ,c和x ,y ,z)为采集到的两套绕组中各自的相电流值，归一化后的电机相电流i_nN为：

系统的逆变器端为正常的完全平衡的三相正弦电流系统时，两套绕组的三相电流分别为：

其中I_m为正弦波电流最大幅值，ω_s为电机转子电角速度；

归一化后的电机相电流i_nN进一步表示为：

步骤3.2：对归一化后的电机相电流i_nN进行一个周期之内取平均值，得到归一化平均电流值<i_nN>*为：

其中，f_M为电机的运行频率；引入系统状态实际判别界限值，即归一化平均电流诊断变量<i_nN>表示为：

其中，I₀为归一化平均电流诊断常量，为了满足各种负载情况，同时防止误动作，这里取值为额定电流的0.5%；

步骤3.3：将归一化相电流i_nN取绝对值后再进行一个周期之内取平均值处理，得归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>：

令归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最大值为M，<|i_nN|>的最小值为m，得到归一化绝对值的平均电流极值比d_n表示为：

其中，d_n为归一化绝对值的平均电流极值比，M为归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最大值，m为归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最小值。

步骤4：将归一化绝对值的平均电流极值比d_n、归一化平均电流诊断变量<i_nN>，以及诊断阈值a、b、c、a₀输入故障变量诊断准则模块，得到归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n和归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n；

其中，归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n为：

归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n为：

在正常情况下，归一化绝对值的平均电流极值比d_n值趋近于0，P代表诊断变量正，PS代表诊断变量正小，Z为诊断变量0，N为诊断变量负；a₀、a、b、c为诊断阈值，根据不同电机参数以及工况条件进行调整；I_n=P表示某相下功率管故障，I_n=Z表示运行正常或某相绕组故障，I_n=N表示某相上功率管故障；D_n=P表示绕组开路故障，D_n=PS表示系统功率管故障，D_n=Z表示存在功率管间歇性故障，D_n=N表示正常。

步骤5：将归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n、归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n输入模糊逻辑开路故障诊断器；将归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n模糊化为{P, PS, Z, N}，归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n模糊化为{P, Z, N}，将输出模糊化为{Fault}，以隶属函数的形式建立模糊数据库，采用模糊推理系统得到输入模糊变量与输出模糊变量之间的关系，然后进行解模糊，将模糊输出返回为清晰值得到故障标志信号，具体的模糊规则为：

当D_a = P，D_b = N，D_c = N，I_a = Z时，fault=1，诊断结果为A相绕组存在开路故障；

当D_a = N，D_b = P，D_c = N，I_b = Z时，fault=1，诊断结果为B相绕组存在开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = P，I_c = Z时，fault=1，诊断结果为C相绕组存在开路故障；

当D_x = P，D_y = N，D_z = N，I_x = Z时，fault=1，诊断结果为X相绕组存在开路故障；

当D_x = N，D_y = P，D_z = N，I_y = Z时，fault=1，诊断结果为Y相绕组存在开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = P，I_z = Z时，fault=1，诊断结果为Z相绕组存在开路故障；

当D_a = PS，D_b = N，D_c = N，I_a = N时，fault=1，诊断结果为A相上功率管存在开路故障；

当D_a = Z，D_b = N，D_c = N，I_a = N时，0<fault<1，诊断结果为A相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = PS，D_b = N，D_c = N，I_a = P时，fault=1，诊断结果为A相下功率管存在开路故障；

当D_a = Z，D_b = N，D_c = N，I_a = P时，0<fault<1，诊断结果为A相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = PS，D_c = N，I_b = N时，fault=1，诊断结果为B相上功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = Z，D_c = N，I_b = N时，0<fault<1，诊断结果为B相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = PS，D_c = N，I_b = P时，fault=1，诊断结果为B相下功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = Z，D_c = N，I_b = P时，0<fault<1，诊断结果为B相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = PS，I_c = N时，fault=1，诊断结果为C相上功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = Z，I_c = N时，0<fault<1，诊断结果为C相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = PS，I_c = P时，fault=1，诊断结果为C相下功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = Z，I_c = P时，0<fault<1，诊断结果为C相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = PS，D_y = N，D_z = N，I_x = N时，fault=1，诊断结果为X相上功率管存在开路故障；

当D_x = Z，D_y = N，D_z = N，I_x = N时，0<fault<1，诊断结果为X相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = PS，D_y = N，D_z = N，I_x = P时，fault=1，诊断结果为X相下功率管存在开路故障；

当D_x = Z，D_y = N，D_z = N，I_x = P时，0<fault<1，诊断结果为X相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = PS，D_z = N，I_y = N时，fault=1，诊断结果为Y相上功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = Z，D_z = N，I_y = N时，0<fault<1，诊断结果为Y相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = PS，D_z = N，I_y = P时，fault=1，诊断结果为Y相下功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = Z，D_z = N，I_y = P时，0<fault<1，诊断结果为Y相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = PS，I_z = N时，fault=1，诊断结果为Z相上功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = Z，I_z = N时，0<fault<1，诊断结果为Z相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = PS，I_z = P时，fault=1，诊断结果为Z相下功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = Z，I_z = P时，0<fault<1，诊断结果为Z相下功率管存在间歇性开路故障。

本发明提出的基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法能够模仿人脑的不确定性概念判断、推理思维方式，应用模糊集合和模糊规则进行推理，表达过渡性界限或定性知识经验，模拟人脑方式，实行模糊综合判断，推理解决当前方法难于对付的规则型模糊信息问题，得到更智能准确的系统开路故障信息。本发明简单易行，可靠性高，诊断快速，能避免空载、轻载或负载突变引起的误判断，能有效地检测和定位电驱动系统中绕组开路、功率管开路与功率管间歇性开路的故障，能进一步提高电机驱动系统的鲁棒性和稳定性。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然能对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：将采集到的双绕组永磁容错电机ABC三相绕组电流i_a、i_b、i_c进行ABC/dq坐标变换得到d-q轴实际电流i_d1、i_q1，将采集到的双绕组永磁容错电机XYZ三相绕组电流i_x、i_y、i_z进行XYZ/dq坐标变换得到d-q轴实际电流i_d2、i_q2，将采集到的实际转速ω_r和给定转速ω_r*进行PI调节后输出两套绕组的给定q轴电流i_q1*、i_q2*，分别将两套绕组的d-q轴电流的实际值i_d1、i_q1、i_d2、i_q2与d-q轴电流的给定值i_d1*、i_q1*、i_d2*、i_q2*一一对应作差，经过PI调节和dq/αβ坐标变换得到αβ轴参考电压U_α1*、U_β1*和U_α2*、U_β2*，再分别通过电压空间矢量脉宽调制后得到两组三相PWM波，由逆变器1、逆变器2接收并驱动双绕组永磁容错电机运行；

步骤2：采用防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，分别根据两套绕组系统q轴实际电流值i_q1和i_q2的大小确定给定d轴电流i_d1*和i_d2*的取值；

步骤3：将采集到的双绕组永磁容错电机驱动系统的绕组ABC相电流i_a、i_b、i_c和绕组XYZ的相电流i_x、i_y、i_z，以及归一化平均电流诊断常量I₀、归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最大值M、归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最小值m，代入归一化/极值比处理器，得到归一化平均电流诊断变量<i_nN>、归一化绝对值的平均电流极值比d_n；

步骤4：将归一化绝对值的平均电流极值比d_n、归一化平均电流诊断变量<i_nN>，以及诊断阈值a、b、c、a₀输入故障变量诊断准则模块，得到归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n和归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n；

步骤5：将归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n、归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n输入模糊逻辑开路故障诊断器；将归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n模糊化为{P, PS, Z, N}，归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n模糊化为{P,Z, N}，输出模糊化为{Fault}，以隶属函数的形式建立模糊数据库，采用模糊推理系统得到输入模糊变量与输出模糊变量之间的关系，然后进行解模糊，将模糊输出返回为清晰值得到故障标志信号。

2.根据权利要求1所述基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2中采用防系统空载或轻载误判断处理器进行处理，根据系统q轴实际电流值i_q1、i_q2的大小确定给定d轴电流i_d1*、i_d2*的取值，具体处理方法为：

其中，i_d1*、i_d2*分别为两套绕组的给定d轴电流，i_q1、i_q2为q轴实际电流，F为系统带载情况的判断阀值，L为系统处于空载或轻载情况下d轴电流注入值。

3.根据权利要求1所述基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤3中，相电流归一化处理以及求出归一化平均电流诊断变量<i_nN>、归一化绝对值的平均电流极值比d_n的方法具体如下：

步骤3.1：令电机两套绕组ABC和XYZ在α-β坐标系下各自实际电流值为i_α1、i_β1和i_α2、i_β2，通过Park矢量处理器进行处理得到处理后的电流基准值|i_s1|和|i_s2|，再经过归一化处理器处理得到归一化后的电机相电流i_nN，其中i_α1、i_β1和i_α2、i_β2分别为：

令i_n (n＝a ,b ,c和x ,y ,z)为采集到的两套绕组中各自的相电流值，归一化后的电机相电流i_nN为：

步骤3.2：对归一化后的电机相电流i_nN进行一个周期之内取平均值，得到归一化平均电流值<i_nN>*为：

其中，f_M为电机的运行频率；引入系统状态实际判别界限值，即归一化平均电流诊断变量<i_nN>表示为：

其中，I₀为归一化平均电流诊断常量；

步骤3.3：将归一化相电流i_nN取绝对值后再进行一个周期之内取平均值处理，得归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>：

令归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最大值为M，<|i_nN|>的最小值为m，得到归一化绝对值的平均电流极值比d_n表示为：

其中，d_n为归一化绝对值的平均电流极值比，M为归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最大值，m为归一化后绝对值的平均电流值<|i_nN|>的最小值。

4.根据权利要求1所述基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤4中，归一化后绝对值的平均电流极值差故障诊断信号D_n为：

归一化平均电流判断的故障诊断信号I_n为：

在正常情况下，归一化绝对值的平均电流极值比d_n值趋近于0，P代表诊断变量正，PS代表诊断变量正小，Z为诊断变量0，N为诊断变量负；a₀、a、b、c为诊断阈值，根据不同电机参数以及工况条件进行调整；I_n=P表示某相下功率管故障，I_n=Z表示运行正常或某相绕组故障，I_n=N表示某相上功率管故障；D_n=P表示绕组开路故障，D_n=PS表示系统功率管故障，D_n=Z表示存在功率管间歇性故障，D_n=N表示正常。

5.根据权利要求1所述基于模糊逻辑理论的电驱动系统开路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤5中，模糊规则为：

当D_a = P，D_b = N，D_c = N，I_a = Z时，fault=1，诊断结果为A相绕组存在开路故障；

当D_a = N，D_b = P，D_c = N，I_b = Z时，fault=1，诊断结果为B相绕组存在开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = P，I_c = Z时，fault=1，诊断结果为C相绕组存在开路故障；

当D_x = P，D_y = N，D_z = N，I_x = Z时，fault=1，诊断结果为X相绕组存在开路故障；

当D_x = N，D_y = P，D_z = N，I_y = Z时，fault=1，诊断结果为Y相绕组存在开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = P，I_z = Z时，fault=1，诊断结果为Z相绕组存在开路故障；

当D_a = PS，D_b = N，D_c = N，I_a = N时，fault=1，诊断结果为A相上功率管存在开路故障；

当D_a = Z，D_b = N，D_c = N，I_a = N时，0<fault<1，诊断结果为A相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = PS，D_b = N，D_c = N，I_a = P时，fault=1，诊断结果为A相下功率管存在开路故障；

当D_a = Z，D_b = N，D_c = N，I_a = P时，0<fault<1，诊断结果为A相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = PS，D_c = N，I_b = N时，fault=1，诊断结果为B相上功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = Z，D_c = N，I_b = N时，0<fault<1，诊断结果为B相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = PS，D_c = N，I_b = P时，fault=1，诊断结果为B相下功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = Z，D_c = N，I_b = P时，0<fault<1，诊断结果为B相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = PS，I_c = N时，fault=1，诊断结果为C相上功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = Z，I_c = N时，0<fault<1，诊断结果为C相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = PS，I_c = P时，fault=1，诊断结果为C相下功率管存在开路故障；

当D_a = N，D_b = N，D_c = Z，I_c = P时，0<fault<1，诊断结果为C相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = PS，D_y = N，D_z = N，I_x = N时，fault=1，诊断结果为X相上功率管存在开路故障；

当D_x = Z，D_y = N，D_z = N，I_x = N时，0<fault<1，诊断结果为X相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = PS，D_y = N，D_z = N，I_x = P时，fault=1，诊断结果为X相下功率管存在开路故障；

当D_x = Z，D_y = N，D_z = N，I_x = P时，0<fault<1，诊断结果为X相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = PS，D_z = N，I_y = N时，fault=1，诊断结果为Y相上功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = Z，D_z = N，I_y = N时，0<fault<1，诊断结果为Y相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = PS，D_z = N，I_y = P时，fault=1，诊断结果为Y相下功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = Z，D_z = N，I_y = P时，0<fault<1，诊断结果为Y相下功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = PS，I_z = N时，fault=1，诊断结果为Z相上功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = Z，I_z = N时，0<fault<1，诊断结果为Z相上功率管存在间歇性开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = PS，I_z = P时，fault=1，诊断结果为Z相下功率管存在开路故障；

当D_x = N，D_y = N，D_z = Z，I_z = P时，0<fault<1，诊断结果为Z相下功率管存在间歇性开路故障。

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