技术特征：
1.一种碳化硅基高可靠电驱动系统多模态容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、构建双绕组永磁容错电机的碳化硅基高可靠电驱动系统，完成各个模块的搭建和整个驱动系统的整合；永磁容错电机的碳化硅基高可靠电驱动系统结构包含一台高可靠性的双绕组永磁容错电机、两套逆变器、两个双向晶闸管tr1和tr2、一个独立270v的电驱动用直流电源、电流传感器、位置传感器和控制器；所述的双绕组永磁容错电机包括十二槽定子和十极表贴式永磁体转子，其中十二槽定子中包含两套相互独立且对称设置的三相集中式隔齿绕制的电枢绕组，分别为abc套绕组和xyz套绕组；所述的两套逆变器为两套碳化硅基高功率密度三相全桥驱动电路，第一套碳化硅基逆变器包含功率管m1、m2、m3、m4、m5、m6，对abc套绕组进行驱动，第二套碳化硅基逆变器包含功率管m7、m8、m9、m10、m11、m12，对xyz套绕组进行驱动；步骤2、根据电驱动系统的健康状态将系统分为7个模态，共包含7个运行模式，具体为碳化硅基高可靠电驱动系统正常态运行模式、系统单一功率管开路故障态运行模式、系统多个功率管开路故障态运行模式、系统功率管间歇性开路故障态运行模式、电机单相绕组开路故障态运行模式、电机多相绕组开路故障态运行模式和系统位置传感器故障态运行模式；步骤3、依据开路故障诊断器模块和位置传感器故障诊断与处理模块，对系统故障的识别与定位，根据故障诊断结果进行不同的运行模式，具体如下：当系统正常运行时，系统采用i
d
=0的矢量控制策略，通过外环速度控制器、内环电流控制器分别驱动逆变器1和逆变器2，实现双绕组永磁容错电机的正常运行；当系统出现开路故障情况时，主要针对电机绕组开路故障态运行和系统功率开关管开路故障态运行，依据电机绕组开路故障和功率开关管开路故障诊断与处理，通过开路故障诊断器进行系统开路故障的识别与定位，然后送入开路故障处理器处理，故障处理器根据具体的故障情况进行双向晶闸管通断控制，以及给出不同故障态时的svpwm调制策略，实现dfpm电机的开路故障容错运行；此外，为了防止系统运行在空载或轻载情况下容易出现开路故障误判断的问题，采用了防空载或轻载误判断处理器；当系统出现位置传感器故障情况时，将位置传感器检测到的电机转子实际位置信号、实际转速值和通过基于滑模观测器的位置与转速信号估算模块估计得出的电机转子位置估计值、转速的估计值送入位置传感器故障诊断与处理模块进行处理；若系统处于正常态，输出的转子位置信号，若系统处于位置传感器故障态，输出的转子位置信号。2.根据权利要求1所述的开路故障诊断器模块，其特征在于，对开路故障进行诊断，诊断方法包括以下步骤：步骤1、电流采样并求取基准值；将双绕组永磁容错电机的电流和、、进行低通滤波处理，分别通过park变换为d
‑
q坐标轴下的电流和，再将静止坐标系下电流的值通过矢量处理器求得归一化相电流基准值为：
式中，为每套绕组相电流park矢量基准值，m=1、2；步骤2、归一化处理；将采集到的三相电流利用三相电流park矢量基准值进行归一化处理，处理公式为：式中，为归一化处理后的相电流，n=a、b、c、x、y、z；步骤3、求取故障诊断变量；将归一化相电流经过平均值和绝对值平均电流计算得到和，利用平均电流故障诊断准则得到平均电流故障诊断信号；平均电流故障诊断准则为：平均电流故障诊断准则为：式中为归一化平均电流诊断变量，为归一化平均电流诊断常数；当驱动系统存在下桥臂功率管开路故障时，存在，则；当驱动系统存在上桥臂功率管开路故障时，存在，则；当驱动系统正常工作或存在相开路故障时，存在，则；将电流绝对值的平均和正常运行状态的相电流绝对值的最小平均值m做差处理后，利用绝对值的平均电流故障诊断准则进行故障预诊断，得到绝对值的平均电流判断的故障诊断信号；绝对值的平均电流故障诊断准则为：绝对值的平均电流故障诊断准则为：
式中，为归一化相电流绝对值的平均值在正常运行状态与故障情况偏差，m为绝对值的平均电流的最大值，m为绝对值的平均电流的最小值；当系统处于正常运行状态时，存在，则；当系统存在单一功率管开路故障时，存在，则；当系统存在绕组开路故障时，存在，则；利用归一化电流平均诊断变量极值比诊断功率管间歇性开路故障：利用归一化电流平均诊断变量极值比诊断功率管间歇性开路故障：利用归一化电流平均诊断变量极值比诊断功率管间歇性开路故障：式中，为平均电流判断的故障诊断信号，为单功率管开路故障平均电流值判断阈值，和为功率管间歇性故障判断阈值，；当驱动系统下桥臂功率管出现间歇性开路故障时，存在，则；当驱动系统上桥臂功率管出现间歇性开路故障时，存在，则；当驱动系统正常工作时，存在，则；步骤4、故障识别与定位；根据步骤3和步骤4的故障诊断准则对系统故障进行识别与定位；故障定位与识别诊断方法具体为：当且时，系统发生m1开路故障；当且时，系统发生m2开路故障；当且时，系统发生a相绕组开路故障；当且时，系统发生m3开路故障；当且时，系统发生m4开路故障；当且时，系统发生b相绕组开路故障；当且时，系统发生m5开路故障；当且时，系统发生m6开路故障；当且时，系统发生c相绕组开路故障；当且时，系统发生m7开路故障；当且时，系统发生m8开路故障；当且时，系统发生x相绕组开路故障；当且时，系统发生m9开路故障；当且时，系统发生m10开路故障；当且时，系统发生y相绕组开路故障；当且时，系统发生
m11开路故障；当且时，系统发生m12开路故障；当且时，系统发生z相绕组开路故障；当且时，系统发生m1间歇性开路故障；当且时，系统发生m2间歇性开路故障；当且时，系统发生m3间歇性开路故障；当且时，系统发生m4间歇性开路故障；当且时，系统发生m5间歇性开路故障；当且时，系统发生m6间歇性开路故障；当且时，系统发生m7间歇性开路故障；当且时，系统发生m8间歇性开路故障；当且时，系统发生m9间歇性开路故障；当且时，系统发生m10间歇性开路故障；当且时，系统发生m11间歇性开路故障；当且时，系统发生m12间歇性开路故障。3.根据权利要求1所述的位置传感器故障诊断与处理模块，其特征在于，可对位置传感器故障进行诊断，诊断方法包括以下步骤：步骤1、将双绕组永磁容错电机的各相电压和电流通过clark和park变换分别得到d
‑
q坐标轴下的电压和电流；步骤2、通过滑模观测器得到转子位置的观测值和转速的观测值，将观测得到的转子位置分别与位置传感器检测到的作差得到位置残差与位置阈值进行比较；再将观测得到的分别与位置传感器检测到的作差得到的转速残差与转速阈值进行比较，从而进行故障诊断；步骤3、进行位置传感器故障诊断，具体故障诊断方法为：当位置传感器发生卡死故障时，则存在，判定位置传感器出现卡死故障；当位置传感器发生偏移故障时，则存在，判定位置传感器出现偏移故障；当位置传感器发生断线故障时，则在期间，恒存在且，判定位置传感器出现断线故障，其中和为电机运行期间的任意两个时刻，t为断线故障诊断阈值。4.根据权利要求1所述的开路故障处理器模块，其特征在于，可针对不同的开路故障情况进行控制，具体方法为：当系统正常运行时，两个双向晶闸管tr1和tr2都处于断开状态，两个碳化硅基高功率密度逆变器驱动永磁容错电机运行，每套绕组各承担50%的功率；当系统出现单一功率管开路故障、间歇性开路故障或单相绕组开路故障时，封锁故障相pwm信号，接通故障套绕组对应的双向晶闸管，并对故障套绕组剩余健康相进行调幅调相处理；当系统两套绕组均有一相出现单一功率管开路故障、间歇性开路故障或绕组开路故障时，封锁相对应故障相pwm信号，接通两套绕组的双向晶闸管，对每套绕组的剩余健康相分
别进行调幅调相处理；当系统一套绕组出现多个功率管开路故障、间歇性故障或多相绕组开路故障时，则将该故障相绕组切除，并由另一套绕组出双倍功率，实现电机的容错运行；当系统出现一套绕组一相发生故障，另一套绕组发生多相故障，则将发生多相故障套绕组切除，发生一相故障套绕组封锁故障相pwm信号，导通对应的双向晶闸管，并对发生单相故障套绕组剩余两相进行调幅调相处理，承担双倍功率，实现电机的容错运行。
技术总结
本发明公开了一种碳化硅基高可靠电驱动系统多模态容错控制方法。本发明基于双绕组永磁容错电机的碳化硅基高可靠电驱动系统，属于永磁容错电机容错控制技术领域。针对现有电驱动系统控制技术方案在可靠性和安全性上存在的不足，公开一种碳化硅基高可靠电驱动系统多模态容错控制方法，使其能够实现电驱动系统功率管开路故障、功率管间歇性开路故障、位置传感器故障、电机绕组开路故障以及多相绕组或多个功率管同时开路故障的容错控制，实现电驱动系统在高机动复杂条件下仍然能够稳定、可靠的运行，解决电驱动系统的高可靠性和高功率密度应用问题，提升电机驱动系统的安全性、功率密度和可靠性。度和可靠性。度和可靠性。
技术研发人员：蒋雪峰 王思远 王楷文 魏之建 周璟瑜 蔡一鸣
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2021.10.20
技术公布日：2021/11/28