本发明涉及电机故障诊断，尤其涉及一种基于数据处理的六相永磁容错电机开路故障诊断方法。
背景技术：
1、近年来，自主机器人技术取得了长足的发展，特别是无人车平台已逐步成为未来信息化战争中必不可少的武器装备，为提高该系统的稳定性与可靠性，多相永磁容错电机以其效率高、功率密度高和容错性能好等优点已成为主流应用部件。相比于传统三相电机，相数增加提高了系统的功率密度，降低了转矩脉动。现有技术所研究得六相永磁容错电机采用独立的h桥逆变电路进行驱动，因此，各相之间具有物理隔离、热隔离、磁隔离和电气隔离能力。由于常处于复杂严苛的工作环境中，使得开路故障(open-circuit fault,ocf)及短路故障(short-circuit fault,scf)概率大大增加。常见电机驱动系统中多为功率开关管故障及绕组故障，开关管开路故障常因过流、驱动线路断线或电路接触不良等原因引起。与开关管短路故障不同，多相电机驱动系统中ocf的单相故障不会引起明显的运行状态异常。如果针对故障不提前采取有效的容错控制策略，电机失效可能引发事故，为此开展永磁同步电机故障快速准确估计研究，具有十分重要的理论和工程应用价值。
2、目前国内外学者针对功率开关管及绕组开路故障的诊断多基于电流和电压参数。电流检测法的系统参数和控制策略相对独立，受到相电流周期限制，检测时间较长。传统的电压检测法缺点主要集中于需增加额外的电压传感器，系统成本较高。
技术实现思路
1、为了防止开关管及绕组的开路故障对电机造成不良影响，保证故障诊断模块可以及时检测并定位故障位置，本申请提出一种基于数据处理的六相永磁容错电机开路故障诊断方法，该方法摒弃传统的外部电压传感器，将电机驱动系统与电流型磁链观测器相结合，并将诊断变量由传统范围值切换为正负变量，无需借助阈值，降低了故障误诊率，且通过一套诊断变量即可区分开关管及绕组故障，降低了诊断系统复杂度，为电机的稳定运行提供了重要保障；具体方法包括如下步骤：
2、s1：组建永磁容错电机定子磁链估算模型：选择电流型磁链观测器模型，在低速和零速情况下实时采集电机相电流和机械角速度，利用所得磁链计算电机电压u*nn
3、s2：计算相电压偏差：将相电压unn与磁链观测计算得到的相电压u*nn作差得到相电压偏差△unn
4、δunn＝unn-u*nn(1)
5、式中unn为各相电压，n＝a、b、c、u、v、w表示六相电机的各相绕组。
6、s3：对电机相电压偏差进行归一化处理：考虑到空载、轻载及变负载等电机运行工况发生突变时，电机相电压会受到影响，因此对式(1)的相电压偏差通过直流母线电压进行归一化处理，以减小工况突变所造成的影响，具体公式如下：
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8、s4：采取绝对值处理获得诊断中间变量：对归一化后的电压偏差数f*n取绝对值得到|f*n|，将归一化后的相电压偏差f*n与其绝对值|f*n|进行求和操作可得第一中间变量ln：
9、
10、将偏差与绝对值进行求差取绝对值，得到第二中间变量dn:
11、
12、s5：对中间变量进行平均值运算得到故障诊断变量：
13、对得到的中间变量ln进行平均值运算并进行数据处理得到ln：
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15、a根据工程经验及实验获取，同时得到的中间变量dn进行平均值运算得到dn：
16、
17、s6：将故障诊断变量所得结果，与设定准则进行比对，判断电机故障为上功率开关管故障、下功率开关管故障、绕组开路故障。
18、电机正常运行时，电机开路故障诊断变量ln＝mean(ln)-a、dn＝mean(dn)-a均为正值。当ln跳变为负，且dn保持正值时，即ln<0、dn>0说明该相发生上桥臂功率开关管发生开路故障；当ln保持正值，且dn跳变为负时，即ln>0、dn<0说明该相发生下桥臂功率开关管发生开路故障；当ln跳变为负，且dn跳变为负时，即ln<0、dn<0说明该相绕组发生开路故障。
19、改进的相电压平均值法针对开关管开路诊断准则如表1所示：
20、改进相电压平均值不同故障诊断准则
21、
22、摒弃传统方法需要外部电压传感器测量相电压数值的弊端，磁链观测器分电压型磁链观测器和电流型磁链观测器，将电机驱动系统与电流型磁链观测器相结合，电压型磁链观测器在低速时观测器性能较差，因低速时给定的定子电压幅值小，电机端电压难以精确获得，定子电阻的阻值在运行过程中又会发生变化，使得被积项产生明显的相对误差。所以选择与电流型磁链观测器相结合。
23、电机发生故障后，逆变器不能正常工作，从而导致电机输入的参考信号与反馈的信号之间会存在较大误差，控制目标无法正常实现，影响电机运行。因此通过磁链计算电机相电压和电机相电压之间电压数据偏差。
24、为了克服电机负载突变情况下影响电机运行工况问题，采取平均绝对值运算减弱负载突变及低速、零速运行对电机故障诊断精度影响。利用求差求和运算，简化诊断过程复杂度，通过简单运算，摒弃现有的阈值设定，将诊断范围值切换为正负变量，将绕组开路问题直接归结到变量是否归零的问题。
25、由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于数据处理的六相永磁容错电机开路故障诊断方法，该方法摒弃传统的外部电压传感器，将电机驱动系统与电流型磁链观测器相结合，并将诊断变量由传统范围值切换为正负变量，无需借助阈值，降低了故障误诊率，不需要将功率开关管开路故障和绕组开路故障分两套诊断变量，通过一套诊断变量即可区分开关管及绕组故障，降低了诊断系统复杂度，保证了电机系统的稳定运行。
1.一种基于数据处理的六相永磁容错电机开路故障诊断方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于数据处理的六相永磁容错电机开路故障诊断方法，其特征在于：在h桥驱动电路控制的电机故障诊断时：设电机正常运行时，电机开路故障诊断变量ln＝mean(ln)、dn＝mean(dn)均为正值，当ln跳变为负，且dn保持正值时，即ln<0、dn>0说明该相发生上桥臂功率开关管发生开路故障；当ln保持正值，且dn跳变为负时，即ln>0、dn<0说明该相发生下桥臂功率开关管发生开路故障；当ln跳变为负，且dn跳变为负时，即ln<0、dn<0说明该相绕组发生开路故障。
3.根据权利要求1所述的一种基于数据处理的六相永磁容错电机开路故障诊断方法，其特征在于：在电机发生故障后导致逆变器不能正常工作，从而导致电机输入的参考信号与反馈的信号之间会存在误差，通过磁链计算电机相电压和电机相电压之间电压数据偏差，从而获取故障诊断变量。
4.根据权利要求1所述的一种基于数据处理的六相永磁容错电机开路故障诊断方法，其特征在于：采取平均绝对值和数据处理方式消除由于参数敏感性和测量噪声引起的估计误差。
