[发明专利]磁轴承串联绕组控制器的开关断路故障容错系统及方法

权利要求书

1.一种磁轴承串联绕组控制器的开关断路故障容错系统的容错方法，其特征在于，所述开关断路故障容错系统包括：2N个绕组、2N+1个桥臂和1个直流电压源；各所述绕组相互串联；各所述桥臂的上端均与所述直流电压源的正极连接，各所述桥臂的下端均与所述直流电压源的负极连接；

第一个所述桥臂和第2N+1个所述桥臂为非公共桥臂，第i个所述桥臂为公共桥臂，i＝2,3,…,2N；第一个所述桥臂的输出节点与第一个所述绕组的第一端连接；第i个所述桥臂的输出节点与第i-1个所述绕组的第二端连接；第i个所述桥臂的输出节点与第i个所述绕组的第一端连接；第2N+1个所述桥臂的输出节点与第2N个所述绕组的第二端连接；

各所述桥臂均包括一个上桥臂和一个下桥臂，上桥臂和下桥臂均包括一个开关器件和一个与所述开关器件反并联的单向导通器件；

所述开关断路故障容错系统的容错方法包括以下步骤：

S1、对各绕组上的电流进行实时检测，并基于所检测到的绕组电流对各桥臂进行判断，确定故障桥臂；具体为：若第一个绕组上的电流大于预设第一电流阈值、且小于预设第二电流阈值的保持时间大于预设保持时间，则判定第一个桥臂发生故障；若第i-1个绕组上的电流与第i个绕组上的电流之差大于预设第一电流阈值、且小于预设第二电流阈值的保持时间大于预设保持时间，则判定第i个桥臂发生故障；i＝2,3,…,2N；若第2N个绕组上的电流大于预设第一电流阈值、且小于预设第二电流阈值的保持时间大于预设保持时间，则判定第2N+1个桥臂发生故障；

S2、通过检测绕组中共模电流方向，基于共模电流的方向变化，对所述故障桥臂中各开关器件进行断路故障判断；

S3、若第一个桥臂的上桥臂开关器件断路、第j个桥臂的上或下桥臂开关器件断路或者第2N+1个桥臂的下桥臂开关器件断路，则对各绕组电流方向进行切换，使故障开关器件不工作，利用其他正常器件实现各绕组电流的控制，使系统在容错工况下继续运行，保证磁悬浮轴承转子依然可以正常悬浮；j∈{2,3,…,2N}。

2.根据权利要求1所述的容错方法，其特征在于，所述预设第一电流阈值小于0，所述预设第二电流阈值大于0；所述预设第一电流阈值和所述预设第二电流阈值根据所述磁轴承串联绕组控制器所在的磁悬浮轴承控制系统确定。

3.根据权利要求2所述的容错方法，其特征在于，所述预设第一电流阈值I_L∈[-0.5,0]，所述预设第二电流阈值I_H∈[0,0.5]。

4.根据权利要求1所述的容错方法，其特征在于，所述预设保持时间为k_sT，其中，k_s为一大于零的常数，T为电流检测的采样周期。

5.根据权利要求1所述的容错方法，其特征在于，所述对各绕组电流方向进行切换的方法包括：

若第一个桥臂的上桥臂开关器件断路，则将所有绕组的电流方向反向；

若第j个桥臂的上桥臂开关器件断路，则将第j个绕组至第2N个绕组的电流反向；

若第j个桥臂的下桥臂开关器件断路，则将第一个绕组至第j个绕组的电流反向；

若第2N+1个桥臂的下桥臂开关器件断路，将所有绕组的电流方向反向。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的容错方法，其特征在于，所述开关器件为全控型开关器件，包括绝缘栅双极晶体管；所述单向导通器件为二极管。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的容错方法，其特征在于，所述磁轴承串联绕组控制器用于实现N轴磁悬浮；其中，2N个绕组两两分成一组，共有N组；一组绕组对应控制磁悬浮轴承的一轴；控制变量为各组绕组的共模电流和差模电流。