[发明专利]用于磁轴承的绕组控制器断路故障定位、容错方法和系统

说明书

本发明公开了一种用于磁轴承的绕组控制器断路故障定位、容错方法和系统，属于磁悬浮轴承容错控制领域。本发明提供的绕组控制器断路故障定位、容错方法，基于主动磁悬浮轴承中绕组电流单向流动的特性，以及三相全桥拓扑中器件的冗余，在某个开关器件发生断路故障时，可以及时判断故障的发生以及定位故障开关器件，并可以通过改变绕组电流方向的方式，使故障开关管不参与电流控制，进而使单自由度两个绕组在容错工作模式下继续运行，容错工作模式下电流控制效果与正常工作模式下一致，并可以应用至磁悬浮轴承全部自由度，有效提高了磁悬浮轴承中电流控制器的鲁棒性。

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承容错控制领域，更具体地，涉及一种用于磁轴承的绕组控制器断路故障定位、容错方法和系统。

背景技术

磁悬浮轴承是一种利用电磁力使转子悬浮的轴承装置，在储能飞轮、航空设备等领域，转子需要进行高速、超高速转动或者对工作环境的要求比较高的应用场合，磁悬浮轴承的应用十分广泛。对于主动式磁悬浮轴承系统，主要包括转子、传感器、控制器和电磁执行器等部分，其中功率放大器将控制信号转换为绕组中的电流从而控制磁轴承的电磁力，是磁悬浮轴承系统中的重要组成部分。

断路故障指的是故障器件保持断路状态，此时该器件的流通电流大小始终为零。磁悬浮功率放大器中，如果开关器件发生了断路故障，会导致该桥臂电压控制失效，从而导致绕组电流偏离参考值，进一步导致转子位置失稳，造成转子跌落以及系统停机等严重故障。这对磁悬浮轴承系统故障的诊断和定位提出了较高的要求。

解决此问题通常采取器件冗余的办法，对磁轴承系统进行容错控制，当检测到开关器件发生开路故障后，及时检测故障并切换至容错工作模式，保证磁悬浮转子稳定悬浮。而现有的磁轴承单自由度三相全桥控制器容错工作模式较为单一，而且中间桥臂的电流应力较大，此外当开关器件发生断路故障后无法对故障器件进行定位，不能够充分利用所有开关器件。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于磁轴承的绕组控制器断路故障定位、容错方法和系统，其目的在于实现绕组控制器在发生开关断路故障时快速识别故障、定位故障位置并进行切换使系统在容错工况下继续运行，提升磁悬浮轴承系统的故障冗余能力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于磁轴承的绕组控制器断路故障定位方法，其中，所述绕组控制器产生单个或多个自由度方向的电磁力；每个自由度方向的电磁力均由相同结构的绕组控制单元实现；所述绕组控制单元包括两个绕组、三个桥臂和直流电压源；三个桥臂的上端均与所述直流电压源的正极连接，下端均与所述直流电压源的负极连接；第一绕组串联接在第一桥臂与第二桥臂中点之间；第二绕组串联在第二桥臂与第三桥臂中点之间；所述方法包括以下步骤：

S1.实时检测各绕组上的电流，当两个绕组电流之和小于预设电流阈值时，判定发生开路故障；

S2.通过检测三个桥臂中开关器件驱动信号占空比指令值的变化，确定故障发生位置。

进一步地，所述绕组控制单元具有以下四种工作模式：

模式一，第一绕组A₁电流方向由第二桥臂中点流出，流入到第一桥臂中点；第二绕组A₂电流方向由第三桥臂中点流出，流入到第二桥臂中点；模式一通过封锁第一桥臂上开关管S₁和第三桥臂下开关管S₆的控制信号，改变其余开关管的导通时间控制绕组产生电磁力；

模式二，第一绕组A₁电流方向由第二桥臂中点流出，流入到第一桥臂中点；第二绕组A₂电流方向由第二桥臂中点流出，流入到第三桥臂中点；模式二通过封锁第一桥臂上开关管S₁、第二桥臂下开关管S₄和第三桥臂上开关管S₅的控制信号，改变其余开关管的导通时间控制绕组产生电磁力；