摘要
无刷直流电机(BLDCM)拥有效率高、体积小、调速范围宽、调速性能优异，安全稳定性强以及维护方便等特点，所以在汽车、航空航天以及工业等领域获得了普遍的应用。无刷直流电机控制系统可靠性受电力电子器件影响较大，由于其发生毁坏所产生的问题难以解决，限制了它在高可靠性、高精度场合中的应用。因此，对于BLDCM故障诊断技术的研究，国内外学者逐渐重视。本文主要针对BLDCM控制系统中的功率管短路和开路故障及容错控制进行研究。 首先，介绍了无刷直流电机的系统组成及工作原理，建立了无刷直流电机的数学模型，分析其在正常运行情况下对应的波形。主要对无刷直流电机最易发生故障的逆变器部分，本文通过对比以往的电流检测法和电压检测法的优缺点，提出一种基于电压电流检测并与换相信号相结合的故障诊断方法。分析各种故障类型及其在各个故障状态下工作特性，建立故障诊断表，实现对故障功率管的准确诊断与定位。 其次，研究了逆变器发生故障后的容错拓扑结构，给出了一种三相四桥臂的容错结构，对其单管开路故障和单相开路故障进行了分析，给出了容错控制策略。通过硬件与软件相结合的控制方法，对电机故障位置进行隔离，确保故障后电机运行能恢复到正常状态。 最后，对电机的故障诊断和容错运行进行了仿真和硬件实验。在MATLAB/SIMULINK软件中，对故障诊断方法及其容错控制策略进行建模，并搭建以STM32F103ZET6为主控制器的无刷直流电机容错实验平台，进行了硬件电路调试与软件程序编写。通过对仿真和实验波形的分析，验证了本文所提方法在功率管单管短路故障和开路故障，以及同一桥臂功率管短路故障和开路故障都可以实现故障诊断和容错运行。
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