魏書榮 ，黃蘇融 ，符 楊 ，張 琪 ，高 瑾

（1.上海大學 機電工程與自動化學院，上海 200072；2.上海電力學院 電氣工程學院，上海 200090）

0 引言

永磁同步電機（PMSM）憑借其高轉矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性的優(yōu)勢，成為電動汽車、飛機等驅動系統(tǒng)的主流電機之一。對于高速運行的電動汽車、高鐵、飛機或艦船而言，不受控制的輸出力矩會影響其穩(wěn)定性，進一步危及乘客的生命安全，因此電驅動的安全、可靠、耐久運行變得至關重要。改善電驅動的可靠性、提高其故障容錯性能已成為工業(yè)界和學術界的研究熱點。

中華人民共和國汽車行業(yè)標準QC／T 893—2011《電動汽車用驅動電機系統(tǒng)故障分類及判斷》將電機及驅動的短路、開路故障分別列為致命及嚴重故障［1］。如何保證其安全性，在故障模式下及時提供保護及處理機制，使電驅動系統(tǒng)故障后仍然能夠“跛行回家”，成為對連續(xù)運行有著更高要求的電驅動系統(tǒng)容錯運行的關鍵。

“容錯”原是計算機系統(tǒng)設計技術中的一個概念，是容忍故障的簡稱。工程上是指：在系統(tǒng)中，當一個或多個關鍵部件出現故障時，必須將故障部件從系統(tǒng)中隔離，然后采取相應的措施維持其規(guī)定功能，或在可接受的性能指標變化下，繼續(xù)穩(wěn)定可靠運行。

電驅動的故障容錯包括兩方面：一方面，在故障情況下能夠繼續(xù)運行；另一方面，在故障情況下需要提供故障保護以防止更惡劣的損壞。在工業(yè)領域，容錯通常指不降低或略降低性能運行；在安全性高的關鍵領域，由于其通常具有冗余，故障容錯通常指故障保護。故障多快能夠被檢測出來并提供容錯機制也是故障容錯需要解決的一個關鍵問題，如切除故障元件、啟動備份等［2］。

因此，對容錯的研究應包括3個方面：故障辨識、故障處理、故障修正。本文對近年PMSM及其驅動容錯運行的研究現狀進行歸納、總結和分析，將以安全、可靠、耐久為導向的電驅動系統(tǒng)容錯運行研究分為4個層次：①容錯能力的評估指標和方法；②故障辨識與預警；③容錯系統(tǒng)的軟件技術，通過容錯控制深入挖掘現有系統(tǒng)的容錯潛力；④容錯系統(tǒng)的硬件技術，重構PMSM電驅動硬件結構以實現容錯。并從以上4個方面對PMSM及其驅動系統(tǒng)容錯運行研究中亟待解決的熱點問題及發(fā)展方向進行探討。

1 容錯能力評估指標

傳統(tǒng)上，通常以可靠性來評估系統(tǒng)的運行性能?？煽啃允侵敢粋€元件、設備或系統(tǒng)在預定時間內在規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力?？煽啃栽u估除了對可能出現的故障進行分析，采取相應措施以減少故障造成的影響外，還可對可靠性投資及其帶來的經濟效益進行綜合分析，以確定合理的可靠性水平。

不同系統(tǒng)的可靠性度量不同。例如，對于發(fā)電系統(tǒng)而言［3］，可靠性是對電力系統(tǒng)按其可接受的質量標準和所需數量不間斷地向電力用戶供應電力和電量能力的度量。一般可以用故障對電力用戶造成不良影響的概率、頻率、持續(xù)時間、故障引起的期望電力損失及期望電量損失等指標描述，且不同的子系統(tǒng)有專門的可靠性指標。

但是無論對哪種系統(tǒng)，其可靠性都由系統(tǒng)中各單一設備和元器件以某種連接方式共同構成。影響電驅動系統(tǒng)可靠性的主要因素可歸納為以下2點：①主要設備或元器件，例如PMSM、IGBT模塊、直流母線電容C等；②電驅動系統(tǒng)的拓撲結構。對于單一設備或元器件，通用的描述可靠性的指標［4］為失效率和平均修復時間（MTTR）。

可靠性技術正在飛快發(fā)展，大致分為2個階段：以冗余技術（具有代表性的是雙余度技術）為標志的初級階段；以容錯技術為標志的高級階段。文獻［5-8］提出了幾種定量方法建立系統(tǒng)的可靠性模型，或者幾種方法相結合建立一個準確的可靠性評估模型。在很多情況下，經典的設計并不能滿足可靠性評估的要求。文獻［9］提出了故障后評估電驅動系統(tǒng)可靠性的2個指標：輸出性能因素（PFPF）與逆變器成本因素（CF）。其中，PFPF=故障后逆變器輸出功率／標準逆變器額定輸出功率，CF=容錯逆變器成本／標準逆變器成本。文獻［10］以故障樹的方式描述了電驅動系統(tǒng)可靠性評估的方法。文獻［11］給出了在逆變器拓撲結構中單一部件對整體系統(tǒng)的貢獻率。

目前，相關文獻都缺乏統(tǒng)一的可靠性評價標準，因此迫切需要建立一個統(tǒng)一的容錯性能評價系統(tǒng)，為高耐久電驅動的容錯能力提供合理的性能評估與數據支撐。

2 故障分類與辨識

容錯運行首先要求能夠快速識別故障并及時提供容錯機制，因此容錯的實現與狀態(tài)監(jiān)測和故障辨識是密不可分的。將在線監(jiān)測、故障辨識與容錯運行的關系用時序圖表示，如圖1所示。故障預警是實現故障檢測和分離、檢測故障延時時間、評估容錯的可行性以及判斷是否誤檢的關鍵因素，直接影響主動容錯系統(tǒng)的性能，是重構容錯運行的關鍵技術。

圖1 在線監(jiān)測、故障辨識與容錯運行時序圖Fig.1 Sequence of online monitoring，fault identification and fault-tolerant operation

在故障方面，本文只考慮電氣故障。 因為工程上機械故障通常是難以修復的，只能根據機械損壞狀態(tài)評估機械部件還能持續(xù)使用的時間。只有電氣故障是可通過控制算法和硬件重構來達到容錯運行的目的。電驅動系統(tǒng)可容錯的常見故障分類［1］見表1。

圖2給出了PMSM定子繞組內部不同故障類型示意圖。

表1 電驅動系統(tǒng)可容錯的常見故障分類Table 1 Classification of common tolerable faults of electric driving system

文獻［12-13］對可靠性要求更高的飛機中使用的PMSM驅動各部件的故障率進行了統(tǒng)計，如表2所示。

圖2 電機繞組內部故障示意圖Fig.2 Schematic diagram of internal faults of motor winding

表2 三相電驅動系統(tǒng)各部件的年故障率Table 2 Annual failure rate of different components of three-phase electric driving system

表2所示故障率的統(tǒng)計可推廣至所有PMSM電驅動系統(tǒng)。在開路故障部分，更容易發(fā)生逆變器開路故障，或者電機繞組終端接觸不良而導致的開路。盡管短路故障率略低于開路故障率，但對于高速運行的飛機或車輛而言，只要出現故障，哪怕是十萬分之一的概率，就可能給乘客帶來致命的安全威脅。因此，本文重點關注開路、短路故障情況下PMSM電驅動系統(tǒng)的容錯運行。

為及時提供有效的容錯機制，必須保證故障辨識的準確性、及時性、有效性。檢測故障所需的時間很大程度上取決于故障提取和故障決策過程。根據現有研究成果，電驅動系統(tǒng)的故障辨識與診斷方法可分為以下3類。

（1）經典方法，通過提取電驅動系統(tǒng)典型的故障特征量來進行故障分析診斷。例如：電壓信號、電流信號，包括轉子勵磁電壓、IGBT的沖擊過電壓、定子繞組正負序阻抗等；對時域信號進一步分析處理所得的定子電流包絡線、電流矢量軌跡、相位差、3次諧波信號、電流的高頻負序分量等。文獻［14-17］對這些方法進行了較為詳細的說明和分析。

同時，有學者提出通過額外注入信號來分析并檢測故障。文獻［18］通過額外注入高頻電流分量來檢測故障。由于匝間故障引起的定子相繞組不平衡會產生不同的交、直軸泄漏電感，這種不平衡產生了一個固定的特點，通過研究該高頻負序電流直流分量就能夠檢測出故障。文獻［19］提出類似高頻注入技術，以正常運行電機的電流高頻序分量作為參考，測量高頻序分量電流，并與參考值比較生成差值，以此差值作為診斷指標。

Shfield大學的D.Howe教授等提出借助第三方硬件，在電機定子繞組上纏繞一個搜索線圈，通過額外增加相應的輔助設備來檢測故障。利用搜索線圈產生的電壓降，結合卡爾曼濾波算法來進行相間繞組短路故障的檢測和識別［16］。正常運行時，搜索線圈有正常的壓降，一旦發(fā)生匝間短路，則短路線圈的壓降近似為零，用搜索線圈將壓降輸出，并進行卡爾曼濾波，設定合理的閾值，就能很快地檢測出故障。

（2）數學方法，即利用數學理論方法和分析工具對采集到的信號進行后處理，從而進行故障診斷。常用的數學方法有：信號變換［20］、數據挖掘［21］、小波分析［22］、參數估計［23］、狀態(tài)觀測［24］與濾波技術［25］等。

（3）智能方法，即在不過分依賴試驗數據的情況下，基于在線監(jiān)測的信息實現電機運行狀態(tài)的評估。 常用智能方法有：專家系統(tǒng)［26］、灰色預測［27］、神經網絡［28］、模糊邏輯［29］、粒子群優(yōu)化算法［30］等。

在常見的電機繞組故障中，短路故障的在線監(jiān)測最薄弱。文獻［31］對三相PMSM定子繞組匝間短路近年來的在線監(jiān)測技術進行了總結，描述了采用不同診斷方法所檢測出的故障及其嚴重程度。

但是無論采用哪種辨識方法，目前普遍缺乏故障預警量化的參照標準，使得診斷系統(tǒng)的早期故障預警功能相對薄弱。

3 容錯系統(tǒng)的軟件技術

電驅動系統(tǒng)的容錯通常有軟件技術和硬件技術2種方案，容錯系統(tǒng)的軟件技術通常體現在故障發(fā)生后控制策略的改進，而硬件技術通常采用具有容錯能力的逆變器拓撲替代常規(guī)的逆變器結構來實現。在實際的容錯方案中，需要將軟硬件結合達到高輸出性能的要求，共同實現故障后的容錯運行。電驅動系統(tǒng)的故障容錯可以從機器側及逆變器側兩方面考慮。機器側主要考慮電機本體的容錯設計，著眼于容錯電機的結構設計；逆變器側主要考慮故障容錯控制，側重于故障后的控制策略。

圖3 電驅動系統(tǒng)故障容錯解決方案的研究趨勢Fig.3 Research trend of fault-tolerance solutions for electric driving system

圖3給出了電驅動系統(tǒng)故障容錯解決方案的研究趨勢及適用領域。電驅動系統(tǒng)的容錯研究經歷了從備份式到非備份式結構，最終進入主動控制方向。英國Newscastle大學的B.C.Mecrow教授的研究軌跡基本體現了電機容錯研究的趨勢，他首次提出了永磁容錯電機（FTPM）的概念［32］，先后完成了多相永磁容錯電機的設計［33］，從電機本體的容錯設計出發(fā)，為非備份式永磁容錯電機的方案奠定了基石，最終向永磁容錯電機的主動控制方向推進［13，34］。

GE全球研發(fā)中心的A.M.El-Refaie教授對近年來永磁電機的容錯運行進行了總結［2］。對各種不同故障處理與容錯方法進行了比較，見表3。表中，“+”表示增加，“0”表示不變，“-”表示減少。 可見，對逆變器側進行主動控制是最有效的容錯方法，在該領域的研究將會非?；钴S，與圖3給出的研究趨勢結論一致。但理論研究需結合工程實際的需要，A.M.El-Refaie教授認為一些理論上很有希望的方法在實踐中的應用卻在減少。關鍵結論是，目前還沒有完善的能夠解決容錯問題的方案，這也是以后研究的主要趨勢，而主動控制則是未來發(fā)展的主流趨勢。

表3 PMSM故障容錯方法比較Table 3 Comparison of fault-tolerance methods for PMSM

結合圖3及表3的結論，本文重點關注以逆變器側的主動控制進行容錯。在發(fā)生故障后，對控制策略進行改進與優(yōu)化，使電動汽車等設備在電驅動內部電氣故障的情況下仍然能夠“跛行回家”，最終達到容錯運行的目的。

電機控制的本質是控制轉矩，因此整個電驅動系統(tǒng)控制的目標為電機或逆變器等設備處于正常狀態(tài)或故障狀態(tài)時，整個系統(tǒng)都可輸出穩(wěn)定的電磁轉矩。

電機控制可從控制方法、控制特征量的角度分別進行分類。常見的控制方法有：矢量控制、滯環(huán)控制以及由模糊控制、自適應算法等現代控制方法構成的智能非線性控制等?？刂品椒ǖ膶嵤┬Ч菬o止境的，控制效果只有更好沒有最好，且控制方法只是一種實現手段，歸根結底是要使被控變量滿足控制要求。因此，本文從控制特征量的角度，將容錯控制分為電流控制、轉矩控制、脈寬調制三大類。下面分別從這三大類分析容錯控制的主要方法。

3.1 電流控制

以電流、轉速雙閉環(huán)的矢量控制已經成熟應用于電驅動的控制系統(tǒng)中。由于故障會造成電機繞組不對稱，采用傳統(tǒng)坐標變換得到的電機方程不再解耦，無法進行真正的矢量控制。因此矢量控制的關鍵在于故障后電流的坐標變換。文獻［35-37］針對多相PMSM單相開路故障引起的不對稱性，以及采用傳統(tǒng)坐標變換不能實現解耦控制的情況，提出了幾種不同的擴展正交變換矩陣方法。在兩相靜止坐標系下再人為增加3個不涉及機電能量轉換的零序分量，以滿足單位正交矩陣的條件，最后進行坐標變換。此方法存在的主要問題在于擴展的正交向量解并不唯一，且難以判斷是否為最優(yōu)解，這可能對最終的變換結果產生影響。因此，若要采用矢量控制方法，需要重新構建故障后的坐標變換矩陣。文獻［38-39］提出了故障后的電流控制策略，保證電機系統(tǒng)發(fā)生一相或相鄰兩相斷路時，在滿足輸出轉矩脈動最小及無零序電流的條件下，實現系統(tǒng)的容錯控制。文獻［40］針對多相繞組故障，包括斷路故障、短路故障及兩者的組合故障，根據功率守恒原則，提出了最優(yōu)電流直接控制策略，利用相量法對轉矩脈動進行分析，采用轉矩脈動補償的方式，保證電機輸出轉速不變，從而實現強容錯控制。文獻［41］首先假設一個拉格朗日函數，以銅損最小和轉矩脈動最小作為目標對函數求導，計算滿足這2個條件的最優(yōu)電流，以此作為電流給定信號進行控制。并將此方法推廣到計算三至八相電機在發(fā)生一相開路故障后定子銅損最小情況下的電流矢量，得到了較好的仿真結果。

3.2 轉矩控制

直接轉矩控制DTC （Direct Torque Control）因其優(yōu)異的動態(tài)性能、簡單的實現方式以及永磁電機的高轉矩／電流比、高功率因數等性能而具有廣泛的應用前景。文獻［42］采用直接轉矩控制，在電機發(fā)生單相開路故障時對磁鏈計算進行了修正。仿真結果表明，直接轉矩控制能夠產生令人滿意的轉矩和磁通控制。但是，PMSM的直接轉矩控制系統(tǒng)通常采用電壓源型逆變器供電，因此系統(tǒng)對電機本體以及逆變器的故障均很敏感。如果沒有預先設置的保護措施或容錯策略，故障的發(fā)生將會導致系統(tǒng)喪失正常運行的能力，甚至導致系統(tǒng)崩潰。這在電動汽車、艦船驅動、軍事裝備等對安全運行有更高要求的重要場合，將會導致災難性的后果。

D.Howe教授首先提出了關于永磁容錯電機的最優(yōu)轉矩控制（OTC）算法［43］，并對該算法進行了改進［44-45］，可以使永磁容錯電機在發(fā)生故障時輸出的電磁轉矩脈動和正常時的脈動基本一致，且功率不變。該方法不僅適用于恒轉矩區(qū)，也適用于恒功率區(qū)，從而擴展了電機的調速范圍，甚至可以作為伺服電機使用。后來又在弱磁運行狀態(tài)下，進一步優(yōu)化了最優(yōu)轉矩控制算法的控制性能［46-48］。

3.3 脈寬調制

脈寬調制技術通過改變開關信號的占空比控制電驅動系統(tǒng)的輸出電壓或電流以達到預期的效果，在電機控制系統(tǒng)中得到了廣泛應用。文獻［49］指出開路、短路故障是逆變器中頻繁出現的故障，并給出IGBT開路狀態(tài)下的脈寬調制，仿真了正常、單相開路故障及采用容錯控制后，這3種狀態(tài)下的脈寬調制信號，比較了3種狀態(tài)輸出的電流信號，驗證了故障后進行脈寬調制以達到容錯運行的有效性。

綜上所述，可認為：各種控制方法的最終目標都是通過改善脈寬調制來得到更好的容錯控制性能。

4 容錯系統(tǒng)的硬件技術

容錯系統(tǒng)的軟件技術需要與硬件技術配合共同達到容錯運行的目的。下面主要從硬件方面具體闡述故障后的硬件重構方案。

4.1 冗余備份系統(tǒng)

備份式技術可以提高電驅動系統(tǒng)的容錯性能。對定子繞組采用并聯式雙余度設計，即整個冗余系統(tǒng)是利用2套獨立的轉子位置傳感器、電樞繞組和驅動器來提高系統(tǒng)的可靠性。文獻［50-52］采用雙三相結構，每相繞組排列形成2個彼此隔離的獨立系統(tǒng)。在開路及短路故障情況下，采用矢量控制可以得到較好的控制性能。但是，雙余度系統(tǒng)存在如下問題。

a.并聯式雙余度永磁電機的本體不具備故障隔離的能力。電機繞組短路時，短路繞組產生的磁鏈和熱量會耦合到另一套繞組中，從而降低電機的運行性能，甚至會導致電機無法正常工作。

b.利用率不高。某一相繞組發(fā)生故障時，必須切除含有故障相的整個一套繞組，則這套繞組的正常相也被看作故障相切除，因此繞組的利用率不高。

c.故障發(fā)生時，剩下的余度一般要降額使用。當一套繞組發(fā)生故障時，如果另一套繞組輸出額定的負載功率，則電機的銅耗將增加一倍；如果要使另一套繞組的銅耗保持不變，則電機的輸出轉矩只能是額定負載轉矩的0.707。

文獻［53］提出在三相PMSM上同時采用直流勵磁繞組和永磁體2種勵磁方式的混合勵磁系統(tǒng)（PMHB）。這樣不僅可以提供有效的在線磁鏈控制，還可以靈活地運行在無刷直流（BLDC）或無刷交流（BLAC）狀態(tài)。關鍵是要明確開路故障情況下，PMHB在2種驅動下的容錯補救策略。首先，提高勵磁電壓可以彌補由于一相開路而減少的轉矩，稱之為BLDC補救運行模式；其次，以故障前后總磁動勢守恒來修正正常相電流的電樞磁場，也可以彌補由于一相開路而減少的轉矩，稱之為BLAC補救運行模式；最后，比較了這2種補救運行模式，通過實驗驗證，確認了PMHB電機驅動器容錯策略的有效性。

4.2 變頻器的拓撲結構

在電驅動系統(tǒng)發(fā)生故障尤其是開路故障后，可通過重構逆變器的拓撲結構實現容錯運行的目的。

文獻［54-56］提出了一種容錯四相矩陣的電機變頻驅動器。該逆變器主要用于航空航天領域的PMSM驅動。使用容錯拓撲以提高驅動系統(tǒng)在電機發(fā)生單相開路故障時的可用性。在故障情況下要達到令人滿意的電機性能，需要一個額外的輸出相連接到電機繞組的中性點。直接空間矢量調制技術可對三相矩陣式變換進行簡單的修改，然后用于四相矩陣變換器中。此外，為保持良好的系統(tǒng)性能，以故障情況下的轉矩脈動最小對控制策略進行修正（轉矩脈動補償電壓）。實驗和仿真結果表明容錯四相矩陣變換器以及相關的調制和控制是有效的。

這種逆變器矩陣方式的硬件結構變動巨大，且體積顯著增加，由于IGBT數量增多及IGBT本身的故障率較高，是否有助于提高整個電驅動系統(tǒng)的可靠性有待進一步驗證。

4.3 硬件結構的微小改動

工程上，更多廠家希望在現有電驅動系統(tǒng)的硬件結構上，通過可接受的微小改動（即不增加或盡量少增加成本）使其具備較高的容錯能力。文獻［42］采用直接轉矩控制，開路故障后需有一個額外的橋臂在故障期間為故障電流提供路徑。假定a相發(fā)生開路故障，則將電機引出中線接到備用橋臂或者接到電容支路的中性點，如圖4所示。

5 目前面臨的挑戰(zhàn)與展望

5.1 故障預警與辨識

圖4 硬件結構微小改動的重構方案Fig.4 Reconfiguration scheme with tiny change of hardware structure

現有的電驅動系統(tǒng)故障診斷與辨識的方法已經由傳統(tǒng)的經典方法和數學方法向智能化方法發(fā)展，但是仍然存在一定的問題。容錯運行首先要求能夠快速識別故障并及時提供容錯機制，因此主動容錯方法依賴于故障檢測分離機制。而一般的故障檢測機制在一定程度上存在誤檢，即存在2種可能：①誤報，即把正常的部件當作故障部件；②漏報，即故障的部件沒檢測出來，被當作正常的部件。

一旦發(fā)生誤檢，整個系統(tǒng)就可能失去穩(wěn)定性。而且從故障發(fā)生到檢測分離出故障存在一定的時延，如果這段時間過長，也會使系統(tǒng)性能變壞。故障診斷機構實現故障檢測和分離的可能性、檢測延時時間和誤檢等因素都決定和影響著主動容錯控制系統(tǒng)的性能，是重構控制的關鍵技術。因此，發(fā)展主動容錯控制的關鍵是發(fā)展故障預警與辨識技術。

一方面，PMSM及其驅動系統(tǒng)有著無數的傳感器，隨時測量和傳遞有關電氣信號、位置、運動、震動、溫度、濕度乃至空氣中化學物質的變化，產生了海量的數據信息。隨之而產生的數據倉庫、數據安全、數據分析、數據挖掘等圍繞大數據的熱點問題也面臨較大的挑戰(zhàn)。大數據是數據分析的前沿技術，由于所涉及的資料規(guī)模巨大，如何從各種不同類型的數據中，快速擷取、管理、處理并整理成為有價值的故障特征量，成為大數據技術的關鍵問題。

另一方面，為了實現容錯運行，通常采用部件冗余配置的方法，如前文所述定子繞組雙余度設計、混合勵磁系統(tǒng)以及改變變頻器的拓撲結構等各種冗余方式，但是都缺乏故障預警量化的參照標準，從而使得部件冗余配置的經濟性與實用性難以保證，使得診斷系統(tǒng)的故障預警功能十分薄弱，以致難以發(fā)現故障隱患或者靈敏度過高導致故障的漏判或誤判。因此，制定量化的故障預警門檻勢在必行。需要對整個電驅動系統(tǒng)的故障預警門檻進行分析，在不影響設備壽命的前提下，量化故障預警門檻。

5.2 容錯評估指標

對于復雜的電驅動系統(tǒng)而言，除了可靠性，耐久性也應作為評價其容錯能力的主要指標?？煽啃杂脕砻枋鱿到y(tǒng)故障或失效的概率，耐久性則用來描述系統(tǒng)抵抗故障沖擊的能力。

在容錯評估指標中需要計及全壽命周期成本進行容錯運行評估。全壽命周期成本的優(yōu)化設計不僅僅要考慮設備的初始成本，更要考慮在整個全壽命周期內的支持成本，包含運行、維修、更新直至報廢的全過程。因此，在計及全壽命周期成本的容錯運行評估中，可以引入可靠度的概念，構建以可靠度為基礎的電驅動系統(tǒng)的維護成本模型。充分考慮成本的概率準則，將可靠性、耐久性直接折算成全壽命周期成本進行描述。從管理、發(fā)展、生產、運行、服務、退役的角度提出安全生命周期，依此來評估由于軟硬件容錯額外增加的成本是否值得。

5.3 軟硬件容錯技術

工程上實踐的關鍵在于挖掘現有系統(tǒng)的容錯潛力，即在不增加或少增加成本的基礎上使電驅動系統(tǒng)具備高效的容錯能力。

在容錯的硬件技術方面，多相電機具有更好的容錯性能，但對現有硬件改動較大。硬件容錯的關鍵在于對現有硬件結構的重構。

在容錯的軟件技術方面，由于PMSM驅動控制系統(tǒng)是一個高維、時變、時滯、多變量的非線性系統(tǒng)，受到非線性系統(tǒng)自身的理論限制，非線性容錯的結果非常有限?，F有方法主要借助智能控制和線性化方法，對于高維時變系統(tǒng)還沒有更好的結果。因此，對PMSM驅動系統(tǒng)構成的高維、時變、時滯、多變量、非線性系統(tǒng)的容錯控制還具有較大的研究空間。

綜上，PMSM及其驅動系統(tǒng)容錯運行的研究目標為：以耐久性為導向的高容錯電機驅動系統(tǒng)發(fā)生電氣故障后，在不改變現有硬件或做微小改變的情況下，通過故障后主動重構系統(tǒng)的軟硬件結構，從而保障整個系統(tǒng)在不損失性能或部分性能指標降低的情況下能夠容錯運行，最終實現電驅動系統(tǒng)的安全、自愈、優(yōu)質、高效運行。

6 結論

電機及其驅動系統(tǒng)正經歷著從高密度到高品質、高耐久過渡，在交通、航空、艦船、海上風電、重型驅動礦車等對連續(xù)運行有高要求的領域，其工作環(huán)境惡劣且能源有限，要求開發(fā)出具有高可靠性、高能量密度、高容錯能力的電機及其驅動系統(tǒng)。本文分別從故障辨識、故障處理、故障修正的角度，分析了電驅動系統(tǒng)在電氣故障下的容錯運行解決方案。將安全、可靠、耐久為導向的電驅動系統(tǒng)容錯運行的解決方案分為4個層次分別進行深入挖掘，在此基礎上凝煉亟待解決的熱點問題，分析面臨的主要挑戰(zhàn)并探討今后的研究與發(fā)展方向，為構建高耐久的PMSM電驅動系統(tǒng)提供有益參考。

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