1、在現代航空航天領域，電機系統(tǒng)作為執(zhí)行部件其可靠性已經成為保障航空航天器安全運行的一項關鍵技術。為此，近年來高容錯電機驅動系統(tǒng)的概念被提出并得到了研究者的關注。高容錯電機驅動系統(tǒng)通過對故障進行實時診斷和分析，在發(fā)生故障后主動重構系統(tǒng)的軟硬件結構，從而確保整個系統(tǒng)在不損失性能指標或部分性能指標有所降低的情況下安全運行。研究表明，在電機驅動系統(tǒng)中，功率變換環(huán)節(jié)尤其是逆變器中的電力電子器件及其驅動電路是容易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)。通過在線實時診斷逆

2、變器功率器件的故障，采取及時和適當的容錯控制策略，是提高電機驅動系統(tǒng)可靠性的有效途徑。因此，對電機驅動系統(tǒng)中逆變器的故障診斷和容錯控制策略開展研究具有重要的理論意義和工程應用價值。
　　故障診斷是實施容錯控制策略的前提，診斷的可靠性和實時性直接關系到容錯的效果。盡管采用解析模型是實現快速故障診斷的有效方法，但傳統(tǒng)電機驅動系統(tǒng)的建模方法無法將電機和逆變器統(tǒng)一在一個解析模型下，因此傳統(tǒng)模型不能準確揭示系統(tǒng)的狀態(tài)特性，不適合于逆變器內部

3、故障的分析和診斷。電機驅動系統(tǒng)包含連續(xù)狀態(tài)變量和開關離散事件，是一個典型的混雜系統(tǒng)。因此，本文將混雜系統(tǒng)理論引入到其分析過程中，把逆變器的離散電壓模型嵌入到電機的連續(xù)狀態(tài)方程中，建立了電機驅動系統(tǒng)的混合邏輯動態(tài)模型。在此基礎上對系統(tǒng)的故障特征與行為進行描述和分析，為有效診斷方法的提出提供理論基礎。
　　在建立電機驅動系統(tǒng)混合邏輯動態(tài)模型的基礎上，構建了系統(tǒng)的狀態(tài)殘差方程，通過在兩相靜止坐標系中的殘差評價來診斷和定位逆變器功率管的故

4、障?；祀s系統(tǒng)狀態(tài)殘差法可以克服系統(tǒng)閉環(huán)控制算法對診斷效果的影響，并將診斷時間縮小到四分之一個基波周期以內。在診斷實施過程中，通過設置殘差閾值來抑制參數誤差、測量誤差、擾動和噪聲等影響。為進一步縮短診斷時間、消除負載對診斷算法的影響，考慮逆變器的混合邏輯動態(tài)模型，分別提出了基于誤差電壓和橋臂中點電位監(jiān)測的逆變器故障診斷方法。誤差電壓診斷法通過橋臂中點對地電壓實測值與估計值之間的誤差來診斷故障。該方法對誤差電壓的幅值及時間寬度進行雙重判斷，

5、消除了功率管開關延時和死區(qū)的影響，提高了診斷方法的可靠性和魯棒性，并且診斷時間在幾個開關周期以內。橋臂中點電位監(jiān)測法采用光耦監(jiān)測橋臂中點電位，將其轉化為邏輯信號，并與開關信號進行邏輯運算，在一個開關周期內完成對逆變器功率管開路故障的診斷。該方法省去了電壓檢測與比較環(huán)節(jié)，克服了電壓檢測帶來的測量誤差、測量噪聲等對診斷方法的影響。同時，采用對開關信號上升沿延時后再進行邏輯運算的辦法，消除了功率管開通延時造成的誤診斷，保障了診斷的可靠性。所提

6、出的診斷方法得到了仿真和實驗驗證。
　　逆變器的容錯控制策略通過重構軟硬件結構來確保系統(tǒng)在故障后具有一定的降額運行能力。本文對開關冗余逆變器和級聯兩電平逆變器兩種容錯拓撲及其控制策略開展了研究。開關冗余逆變器結構簡單，單管或單橋臂故障后運行在四開關三相狀態(tài)，維持了故障前的電流輸出能力。對四開關三相逆變器的控制策略進行研究，提出了基于補償電壓的四開關SVPWM過調制方法，來提高四開關逆變器的母線電壓利用率。然后，將四開關逆變器應用于

7、三相永磁同步電機和無刷直流電機系統(tǒng)中，研究了四開關三相永磁同步電機的矢量控制策略和四開關三相無刷直流電機的磁鏈跟蹤控制策略。為提高故障后系統(tǒng)的電壓輸出能力，滿足系統(tǒng)對電機轉速指標的要求，具有良好容錯性能的級聯兩電平逆變器被應用于開放式繞組電機驅動系統(tǒng)中。單電源級聯兩電平的容錯策略歸納為故障相短接和故障相開路兩種重構拓撲，與傳統(tǒng)三相半橋逆變器具有同等的電壓輸出能力。結合級聯兩電平逆變器容錯拓撲，提出了永磁同步電機的兩相矢量控制和兩相準矢量