针对交流电机开路故障的容错控制方法、装置和存储介质与流程

1.本发明涉及电机控制领域，并且更具体地涉及一种针对交流电机开路故障的容错控制方法、装置、计算机设备和计算机存储介质。


背景技术：

2.应用于车辆领域的电驱动系统往往具有较高的安全性和可靠性要求。目前，针对三相交流电机逆变器的开路故障，一种较为常见的容错策略是修改三相全桥逆变器的拓扑结构。例如，在三相全桥逆变器的基础上增加一相备用的桥臂，或将三相绕组的中性点通过双向晶闸管连接于直流侧两个分压电容中间，或将电机的三相绕组中性点打开，通过开绕组的方式使用两套三相全桥逆变器驱动。此类策略虽然可以实现容错控制，但由于需要修改硬件电路结构，因此无法直接适用于现有的三相交流电机驱动系统产品。此外，硬件电路的改变还意味着成本和系统复杂程度的增加。
3.针对三相交流电机逆变器开路故障，不改变电机和逆变器硬件电路结构的容错策略较少。部分现有技术通过修改空间矢量调制(svpwm)中各电压矢量的作用时长来实现容错控制，然而该方法的实际扭矩控制效果不佳，并且由于未对故障下的电流参考做出调整，该方法的转速适用范围可能受限；部分现有技术通过重构故障状态下的电机模型，结合模型预测方法对电机进行容错控制，但这种控制策略不仅复杂且控制精度较低；另有部分现有技术将故障相的电流参考看作正常相电流的二次谐波形式对电机进行容错控制，但相电流的这种二次谐波形式限制了故障下的扭矩输出能力，且无法适用于电机高速弱磁区。此外，部分容错策略中电机相电流峰值较大，这会增大系统铜耗，降低效率，并且可能影响控制系统的稳定性。


技术实现要素：

4.为了解决或至少缓解以上问题中的一个或多个，本发明提出了一种针对交流电机开路故障的容错控制方法、装置、计算机设备和计算机存储介质，以提升电驱动系统的可靠性并降低由故障引起的电机扭矩损失。
5.按照本发明的第一方面，提供一种针对交流电机开路故障的容错控制方法，所述交流电机由逆变器驱动，所述方法包括下列步骤：a、在考虑电机交、直轴电流随电机转子电角度变化的条件下，构建容错控制优化模型，其中，所述容错控制优化模型包括基于电机扭矩方程生成的代价方程以及由故障相电流方程、电机相电流限制方程、电机相电压限制方程中的一者或多者构成的限制条件；以及b、利用所述容错控制优化模型确定当前电机转子电角度下的相电流参考值。
6.作为以上方案的替代或补充，根据本发明一实施例的方法还包括：c、基于交流电机和驱动所述交流电机的逆变器的故障状态信息，确定所述交流电机的故障相和开路故障类型，其中所述开路故障类型包括第一故障类型和第二故障类型。
7.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，在步骤c中，在所
述故障状态信息指示所述逆变器存在开路故障、并且所述逆变器和所述交流电机的绕组整体上仅存在单相开路故障、并且其中所述逆变器的故障相桥臂满足以下条件之一时，将所述开路故障类型确定为第一故障类型：上、下桥臂的两个开关元件同时发生开路故障；上、下桥臂的两个二极管同时发生开路故障；上桥臂的开关元件和二极管同时发生开路故障；下桥臂的开关元件和二极管同时发生开路故障；以及发生开路故障的开关元件和二极管总个数多于两个。
8.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，在步骤c中，在所述故障状态信息指示所述交流电机的绕组发生开路故障、并且所述逆变器和所述交流电机的绕组整体上仅存在单相开路故障时，将所述开路故障类型确定为第一故障类型。
9.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，在步骤c中，在所述故障状态信息指示所述交流电机的绕组无故障、并且仅单相桥臂存在开路故障且满足以下条件之一时，将所述开路故障类型确定为第二故障类型：发生开路故障的开关元件和二极管总个数为一个；上桥臂的开关元件和下桥臂的二极管同时发生开路故障；以及下桥臂的开关元件和上桥臂的二极管同时发生开路故障。
10.作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，若所述交流电机为永磁同步电机并且所述逆变器为三相全桥逆变器，则所述代价方程为第一代价方程j1或第二代价方程j2，其中，
[0011][0012]
其中，t
ref
为扭矩参考值，n
p
为电机极对数，θe为电机转子电角度，id为直轴电流并且是θe的函数，iq为交轴电流并且是θe的函数，λm为永磁体磁链，ld为直轴电感，lq为交轴电感，i
max
为相电流的最大限制值，ρ为惩罚系数并且取决于电机运行效率。
[0013]
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，步骤a进一步包括：a1、基于所述代价方程以及由所述故障相电流方程构成的限制条件，生成第一算法模型；a2、基于由故障相电流方程以及电机相电流限制方程构成的限制条件，生成第二算法模型；以及a3、基于由故障相电流方程以及电机相电压限制方程构成的限制条件，生成第三算法模型。
[0014]
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，其中，若所述交流电机为永磁同步电机并且所述逆变器为三相全桥逆变器，所述第一算法模型满足如下等式：
[0015][0016]
其中，θe为电机转子电角度，id为直轴电流并且是θe的函数，iq为交轴电流并且是θe的函数，t
ref
为扭矩参考值，n
p
为电机极对数，λm为永磁体磁链，ld为直轴电感，lq为交轴电感，θ1为预设值并且取决于故障相。
[0017]
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，其中，若所述交流电机为永磁同步电机并且所述逆变器为三相全桥逆变器，所述第一算法模型满足如下等式：
[0018][0019]
其中，θe为电机转子电角度，id为直轴电流并且是θe的函数，iq为交轴电流并且是θe的函数，t
ref
为扭矩参考值，n
p
为电机极对数，λm为永磁体磁链，ld为直轴电感，lq为交轴电感，θ1为预设值并且取决于故障相，i
max
为相电流的最大限制值，ρ为惩罚系数并且取决于电机运行效率。
[0020]
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，步骤b包括：b1、获取当前电机转速、扭矩参考值、电机转子电角度、以及相电压和相电流的最大限制值；b2、基于所述开路故障类型，确定针对容错控制的转子电角度范围；以及b3、基于所述当前电机转速、所述扭矩参考值、所述电机转子电角度、以及所述相电压和相电流的最大限制值，在针对容错控制的转子电角度范围内利用所述容错控制优化模型确定当前电机转子电角度下的相电流参考值。
[0021]
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，步骤b2包括：若所述开路故障类型为第一故障类型，则针对容错控制的转子电角度范围被确定为整个转子电角度周期；以及所述开路故障类型为第二故障类型，则针对容错控制的转子电角度范围被确定为半个转子电角度周期或整个转子电角度周期。
[0022]
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的方法中，步骤b3包括：基于所述扭矩参考值以及所述电机转子电角度，利用第一算法模型确定第一相电流参考值；若所述第一相电流参考值下的电流幅值小于或等于所述相电流的最大限制值、并且电压幅值小于或等于所述相电压的最大限制值，则将所述第一相电流参考值确定为所述当前相电流参考值；若所述第一相电流参考值下的电流幅值大于所述相电流的最大限制值、并且电压幅值小于或等于所述相电压的最大限制值，则利用第二算法模型确定所述当前相电流参考值；以及若所述电压幅值大于所述相电压的最大限制值，则利用第三算法模型确定所述当前相电流参考值。
[0023]
作为以上方案的替代或补充，根据本发明一实施例的方法还包括以下步骤中的一项或多项：d、在针对容错控制的转子电角度范围内，根据所确定的相电流参考值对所述交流电机进行控制；以及e、若所述开路故障类型为第二故障类型并且针对容错控制的转子电角度范围为半个转子电角度周期，则在另外的半个转子电角度周期内根据在非故障状态控制策略下获取的相电流参考值对所述交流电机进行控制。
[0024]
按照本发明的第二方面，提供一种针对交流电机开路故障的容错控制装置，所述交流电机由逆变器驱动，所述容错控制装置包括：模型建立模块，用于在考虑电机交、直轴电流随电机转子电角度变化的条件下，构建容错控制优化模型，其中，所述容错控制优化模型包括基于电机扭矩方程生成的代价方程以及由故障相电流方程、电机相电流限制方程、电机相电压限制方程中的一者或多者构成的限制条件；以及电流确定模块，用于利用所述
容错控制优化模型确定当前电机转子电角度下的相电流参考值。
[0025]
作为以上方案的替代或补充，根据本发明一实施例的装置还包括：故障确定模块，用于基于交流电机和驱动所述交流电机的逆变器的故障状态信息，确定所述交流电机的故障相和开路故障类型，其中所述开路故障类型包括第一故障类型和第二故障类型。
[0026]
根据本发明的第三方面，提供一种计算机设备，包含：存储器；处理器；以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序的运行使得根据本发明第一方面所述的方法中的任意一项被执行
[0027]
根据本发明的第四方面，提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质包括指令，所述指令在运行时执行根据本发明第一方面所述的方法中的任意一项。
[0028]
根据本发明的针对交流电机开路故障的容错控制方案能够在不改变电驱系统任何硬件电路或结构，不增加任何额外器件的条件下直接应用于现有的交流电机驱动系统产品(也即，标准的三相全桥逆变器以及三相交流电机)，从而降低了系统的容错控制成本，同时也提高了容错控制方案的可迭代性(例如，可以通过软件安装的方式为老产品配置该功能性，还可以通过软件更新的方式不断升级该功能性)。
[0029]
根据本发明的一些实施例的针对交流电机开路故障的容错控制方案还能够充分利用剩余健康的功率元件实现容错控制，从而提升电驱动系统的可靠性，同时提高电机开路故障下的扭矩输出能力并降低由故障引起的电机扭矩损失，适用于电驱动系统的全转速域范围。
[0030]
根据本发明的一些实施例的针对交流电机开路故障的容错控制方案还能够在满足故障电机转矩输出的基础上，降低故障下的电流峰值和有效值，降低电驱系统的铜耗，从而提高系统效率和稳定性。
[0031]
根据本发明的一些实施例的针对交流电机开路故障的容错控制方案还能够降低电机扭矩波动并且避免电机故障状态下非预期反向扭矩的产生，例如，参考扭矩值为正时，无负扭矩产生；参考扭矩值为负时，无正扭矩产生。
附图说明
[0032]
本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。在所述附图中：
[0033]
图1为按照本发明的一个或多个实施例的针对交流电机开路故障的容错控制方法10的流程图；
[0034]
图2为按照本发明的一个或多个实施例的用于驱动三相交流电机的三相全桥逆变器的拓扑电路图；
[0035]
图3为按照本发明的一个或多个实施例的针对交流电机开路故障的容错控制装置30的框图；以及
[0036]
图4为按照本发明的一个或多个实施例的计算机设备40的框图。
具体实施方式
[0037]
以下具体实施方式的描述本质上仅仅是示例性的，并且不旨在限制所公开的技术或所公开的技术的应用和用途。此外，不意图受在前述技术领域、背景技术或以下具体实施
方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
[0038]
在实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所公开技术的更透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所公开的技术。在其他实例中，没有详细描述公知的特征，以避免不必要地使描述复杂化。
[0039]
诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
[0040]
应用于车辆领域的电驱动系统往往具有较高的安全性和可靠性要求。为确保在故障发生时车辆能够长时间稳定工作，电驱动系统往往需要具备良好的容错能力。如上所述，现有的容错控制方案通常需要改变电机和逆变器硬件电路结构，或普遍存在转速适用范围受限、控制策略复杂、控制精度低、扭矩输出能力受限等缺点。对此，本发明提出一种针对交流电机开路故障的容错控制方案，以寻求在不改变电机和逆变器的硬件结构并且不增加额外器件的条件下，使得电驱动系统的可靠性得以提升并且电机扭矩损失得以降低。
[0041]
在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的各示例性实施例。
[0042]
图1为按照本发明的一个或多个实施例的针对交流电机开路故障的容错控制方法10的流程图。
[0043]
如图1中所示，可选地，在步骤s110中，基于逆变器和交流电机的绕组的故障状态信息，确定交流电机的故障相和开路故障类型。示例性地，故障状态信息可以指示交流电机的各相绕组以及用于驱动该交流电机的逆变器中的各功率器件(例如，开关元件、二极管)是否存在开路故障。需要说明的是，针对故障状态信息的诊断方式可以是基于本领域已知的诊断方式，本发明对此不作具体限定。
[0044]
示例性地，上述交流电机可以是诸如永磁同步电机、异步电机、同步磁阻电机之类的三相交流电机。对应地，上述逆变器可以是电机控制领域中常用的三相全桥逆变器。下文中将以三相交流电机以及三相全桥逆变器为例对容错控制方案进行详细介绍。需要说明是，根据本发明的容错控制方案可以以相同或相似的原理应用于其他类型的交流电机(例如，五相交流电机)以及其他类型的逆变器，所展示的示例与实施方式应被视为是示意性的而非限制性的。
[0045]
图2示出了按照本发明的一个或多个实施例的用于驱动三相交流电机的三相全桥逆变器的拓扑电路图。如图2所示，该三相全桥逆变器包括三个桥臂，每个桥臂可划分为上桥臂和下桥臂，其中每个上桥臂和下桥臂各自包括1个开关元件和1个二极管。三相电机的a相绕组与开关元件t
a1
、t
a2
以及二极管d
a1
、d
a2
相连，三相电机的b相绕组与开关元件t
b1
、t
b2
以及二极管d
b1
、d
b2
相连，三相电机的c相绕组与开关元件t
c1
、t
c2
以及二极管d
c1
、d
c2
相连。通常情况下，电驱动系统中逆变器(例如，开关元件、二极管)的故障概率将远高于交流电机的绕组的故障概率。针对三相全桥逆变器而言，由键合线脱落或驱动芯片失效引起的开关元件的开路故障较为常见。示例性地，可以将开路故障类型划分为两类，即第一故障类型和第二故障类型。
[0046]
可选地，在故障状态信息指示逆变器存在开路故障、并且逆变器和交流电机的绕
组整体上仅存在单相开路故障(例如，仅逆变器a相桥臂存在开路故障、或电机a相绕组以及逆变器a相桥臂同时存在开路故障)，并且其中逆变器的故障相桥臂满足以下条件之一时，将开路故障类型确定为第一故障类型：上、下桥臂的两个开关元件(例如，t
a1
、t
a2
)同时发生开路故障；上、下桥臂的两个二极管(例如，d
a1
、d
a2
)同时发生开路故障；上桥臂的开关元件和二极管(例如，t
a1
、d
a1
)同时发生开路故障；下桥臂的开关元件和二极管(例如，t
a2
、d
a2
)同时发生开路故障；以及单相桥臂发生开路故障的开关元件和二极管总个数多于两个(例如，t
a1
、t
a2
、d
a1
、d
a2
中发生开路故障的器件数目大于2)。
[0047]
可选地，在故障状态信息指示交流电机的绕组发生开路故障、并且逆变器和交流电机的绕组整体上仅存在单相开路故障(例如，仅电机a相绕组存在开路故障、或电机a相绕组以及逆变器a相桥臂同时存在开路故障)时，将开路故障类型确定为第一故障类型。
[0048]
可选地，在故障状态信息指示交流电机的绕组无故障、并且仅逆变器的单相桥臂存在开路故障(例如，b、c两相桥臂的所有开关元件和二极管均正常工作，仅a相桥臂存在开路故障)且满足以下条件之一时，将开路故障类型确定为第二故障类型：发生开路故障的开关元件和二极管总个数为一个(例如，仅上桥臂开关元件t
a1
发生开路故障、或仅下桥臂开关元件t
a2
发生开路故障、或仅上桥臂二极管d
a1
发生开路故障、或仅下桥臂二极管d
a2
发生开路故障)；上桥臂的开关元件和下桥臂的二极管(例如，t
a1
、d
a2
)同时发生开路故障；以及下桥臂的开关元件和上桥臂的二极管(例如，t
a2
、d
a1
)同时发生开路故障。
[0049]
在步骤s120中，在考虑电机交、直轴电流随电机转子电角度变化的条件下，构建容错控制优化模型，其中，所述容错控制优化模型包括基于电机扭矩方程生成的代价方程以及由故障相电流方程、电机相电流限制方程、电机相电压限制方程中的一者或多者构成的限制条件。下面将以三相永磁同步电机为例对容错控制优化模型的构建步骤进行详述。
[0050]
可选地，构成容错控制优化模型的代价方程可以为基于电机扭矩方程生成的第一代价方程j1、或在考虑电机运行效率的情况下生成的第二代价方程j2。在一个示例中，第一代价方程j1和第二代价方程j2满足如下等式：
[0051][0052][0053]
其中，t
ref
为扭矩参考值，n
p
为电机极对数，θe为电机转子电角度，id为直轴电流并且是θe的函数，iq为交轴电流并且是θe的函数，λm为永磁体磁链，ld为直轴电感，lq为交轴电感，i
max
为相电流的最大限制值，ρ为惩罚系数。具体而言，在第二代价方程j2中，ρ为零时，代表不考虑电机效率优化，此时电机故障下转矩输出能力最大，但相电流幅值和有效值最高，电机效率较低；ρ大于零时，代表考虑优相电流幅值和有效值(降低铜耗，优化电机效率)。ρ取值越大代表电机相电流幅值和有效值越低，电机效率越高，但转矩输出能力越低。ρ的具体取值可以根据电机实际输出转矩与参考转矩的差值和电机运行效率要求确定。
[0054]
可选地，构成容错控制优化模型的代价方程的限制条件可以表示为：
[0055][0056]
其中，u
max
为相电压的最大限制值，θ1为预设值并且取决于在步骤s110中所确定的故障相，也即，当确定故障相为a相时θ1为0，故障相为b相时θ1为-2π/3，故障相为c相时θ1为+2π/3。上述电机扭矩方程使用电感表示法，也可以使用磁链表示法。
[0057]
这里需要说明的是，由上述代价方程(即，第一代价方程j1或第二代价方程j2)以及限制条件(即，式3)构成的容错控制优化模型能够降低电机扭矩波动并且避免电机故障状态下非预期反向扭矩的产生，例如，参考扭矩值为正时，无负扭矩产生；参考扭矩值为负时，无正扭矩产生。
[0058]
可选地，步骤s120包括：基于代价方程(例如，第一代价方程j1、或第二代价方程j2)以及由故障相电流方程构成的限制条件，生成第一算法模型。在一个示例中，若代价方程为第一代价方程j1，在考虑电机扭矩输出与扭矩参考差值最小的情况下，第一算法模型满足如下等式：
[0059][0060]
在另一个示例中，若代价方程为第二代价方程j2，在同时考虑电机扭矩输出和运行效率的情况下，第一算法模型满足如下等式：
[0061][0062]
可选地，步骤s120进一步包括：基于由故障相电流方程以及电机相电流限制方程构成的限制条件，生成第二算法模型。在一个示例中，基于限制条件所构建的第二算法模型满足如下等式：
[0063][0064]
可选地，步骤s120进一步包括：基于由故障相电流方程以及电机相电压限制方程构成的限制条件，生成第三算法模型。在一个示例中，基于限制条件所构建的第三算法模型满足如下等式：
[0065][0066]
其中，rs为电机绕组电阻，ωe为电机转速。上述电机相电压限制方程使用电感表示
法，也可以使用磁链表示法。若忽略绕组电阻rs，则可以化简电机相电压限制方程，化简后的第三算法模型满足如下等式：
[0067][0068]
接下来，在步骤s130中，利用所述容错控制优化模型确定当前电机转子电角度下的相电流参考值。可选地，可以基于在步骤s110中确定的开路故障类型，利用第一算法模型、第二算法模型、第三算法模型确定当前电机转子电角度下的相电流参考值。
[0069]
可选地，步骤s130包括：获取当前电机转速、扭矩参考值、电机转子电角度、以及相电压和相电流的最大限制值。
[0070]
可选地，步骤s130进一步包括：基于开路故障类型，确定针对容错控制的转子电角度范围。可选地，若开路故障类型为第一故障类型，则针对容错控制的转子电角度范围被确定为整个转子电角度周期；以及若开路故障类型为第二故障类型，则针对容错控制的转子电角度范围被确定为半个转子电角度周期或整个转子电角度周期。
[0071]
在一个示例中，若在步骤s110所确定的故障相为a相并且开路故障类型为第一故障类型，则针对容错控制的转子电角度范围为[0,2π]。也就是说，若开路故障类型为第一故障类型，则在整个转子电角度范围内采用容错控制策略来获取相电流参考值。
[0072]
在一个示例中，若故障相为a相并且开路故障类型为第二故障类型，则可以仅将半个转子电角度范围(例如，[0,π]或[π,2π])看作故障状态，继而针对该半个转子电角度范围采用容错控制策略，并且针对另外的半个转子电角度周期(也即，非故障状态)采用非故障状态控制策略。具体而言，在该示例中，对第二故障类型的以下情况之一，针对容错控制的转子电角度范围为[0,π](也即，将转子电角度在[0,π]内时的电机看作处于故障状态)：仅下桥臂开关元件(例如，t
a2
)发生开路故障；仅上桥臂二极管(例如，d
a1
)发生开路故障；下桥臂开关元件和上桥臂二极管(例如，t
a2
、d
a1
)同时发生开路故障。进一步地，在该示例中，针对第二故障类型的以下情况之一，针对容错控制的转子电角度范围为[π,2π](也即，将转子电角度在[π,2π]内时的电机看作处于故障状态)：仅上桥臂开关元件(例如，t
a1
)发生开路故障；仅下桥臂二极管(例如，d
a2
)发生开路故障；上桥臂开关元件和下桥臂二极管(例如，t
a1
、d
a2
)同时发生开路故障。通过这种方式，能够充分利用剩余健康的功率元件实现容错控制，从而提高电机开路故障下的扭矩输出能力并降低扭矩波动。
[0073]
可替代地，在另一个示例中，若故障相为a相并且开路故障类型为第二故障类型，则还可以将整个转子电角度范围[0,2π]确定为针对容错控制的转子电角度范围。也就是说，若开路故障类型为第二故障类型，则还可以在整个转子电角度范围内采用容错控制策略来获取相电流参考值。可以理解的是，与上述仅针对半个转子电角度范围采用容错控制策略并且针对另外的半个转子电角度周期采用非故障状态控制策略相比，针对第二故障类型在整个转子电角度范围内均采用容错控制策略将相应地降低系统的扭矩输出能力并且扭矩波动将增大。
[0074]
需要进一步说明的是，如图1所示的容错控制方法10可以在不进行开路故障类型的确定的条件下实施，例如，可以将所有可能的开路故障工况都归类于第一故障类型，并将针对容错控制的转子电角度范围确定为整个转子电角度周期。
[0075]
可选地，步骤s130进一步包括：基于获取的当前电机转速、扭矩参考值、电机转子电角度、以及相电压和相电流的最大限制值，在针对容错控制的转子电角度范围内利用所述容错控制优化模型确定当前电机转子电角度下的相电流参考值。示例性地，相电流参考值的确定流程包括步骤s131-s134。
[0076]
在步骤s131中，基于获取的扭矩参考值以及电机转子电角度，利用第一算法模型确定第一相电流参考值。示例性地，将获取的扭矩参考值、电机转子电角度、永磁体磁链带入对如式4或式5示出的第一算法模型进行求解，得到当前转子电角度下的第一直轴电流参考值i
d1
和第一交轴电流参考值i
q1
。示例性地，可以利用牛顿法对如式4示出的第一算法模型进行求解，过程如下：
[0077]
将故障相电流方程带入电机扭矩方程，得到如下等式：
[0078][0079]
根据上述式9构建如下代价方程：
[0080][0081]
也即，对第一算法模型的求解被转化为求解代价方程f的最小值。接下来，计算代价方程f关于id的雅可比矩阵j和海森矩阵h：
[0082][0083][0084]
最后，将上述矩阵带入基于牛顿法求解的直轴电流id迭代公式：
[0085]id(k)
＝i
d(k-1)-h-1jꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式13)
[0086]
需要说明的是，上述牛顿法求解过程仅是示意性的而非限制性的，还可利用其它数值分析方法或以其他方式确定相电流参考值。此外，可以利用相同或相似的方法对如式5示出的第一算法模型进行求解，此处不再赘述。需要进一步说明的是，在相电流参考值的生成过程中可以通过查表法或在线估算法获取电机非线性参数值，例如，永磁体磁链λm，直轴电感ld，交轴电感lq，绕组电阻rs。
[0087]
在步骤s132中，基于在步骤s131中获取的第一相电流参考值，计算第一相电流参考值下的电流幅值i
s1
以及电压幅值u
s1
，并分别与相电流的最大限制值i
max
和相电压的最大限制值u
max
进行比较。
[0088]
若第一相电流参考值下的电流幅值小于或等于相电流的最大限制值、并且电压幅值小于或等于相电压的最大限制值(即，i
s1
≤i
max
且u
s1
≤u
max
)，则将第一相电流参考值(即，i
d1
和i
q1
)确定为当前相电流参考值。若第一相电流参考值下的电流幅值大于相电流的最大限制值、并且电压幅值小于或等于相电压的最大限制值(即，i
s1
＞i
max
且u
s1
≤u
max
)，则继续进行步骤s133。若第一相电流参考值下的电压幅值大于相电压的最大限制值(即，u
s1
＞u
max
)，则继续进行步骤s134。
[0089]
在步骤s133中，进一步利用第二算法模型确定当前相电流参考值。示例性地，将获取电机转子电角度带入对如式6示出的第二算法模型进行求解，得到当前转子电角度下的第二直轴电流参考值i
d2
和第二交轴电流参考值i
q2
，以作为当前相电流参考值。
[0090]
在步骤s134中，利用第三算法模型确定当前相电流参考值。示例性地，将获取电机转子电角度、交流电机的绕组电阻、电机转速、永磁体磁链带入对如式7或8示出的第三算法模型进行求解，得到当前转子电角度下的第三直轴电流参考值i
d3
和第三交轴电流参考值i
q3
，以作为当前相电流参考值。
[0091]
示例性地，同样可以利用牛顿法对第二和第三算法模型进行求解，具体求解过程此处不再赘述。需要注意的是，根据上述步骤s131-s134获得的当前相电流参考值仅适用于如上所述的针对容错控制的转子电角度范围。
[0092]
针对第一故障类型，利用步骤s131-s134获得的当前相电流参考值可适用于整个转子电角度周期，也即，在整个转子电角度周期内的故障相电流应满足故障相电流方程。
[0093]
针对第二故障类型，利用步骤s131-s134获得的当前相电流参考值可以仅适用于半个转子电角度周期(例如，[0,π]或[π,2π])，针对另外半个转子电角度周期，可充分利用故障桥臂中剩余健康的功率元件，实现与非故障状态相同的控制效果。也即，仅半个转子电角度周期内的故障相电流应满足故障相电流方程，在另外半个转子电角度周期内，相电流参考值可通过用非故障状态的控制策略获取。
[0094]
可替代地，针对第二故障类型，利用步骤s131-s134获得的当前相电流参考值还可以适用于整个转子电角度周期，也即，在整个转子电角度周期内的故障相电流应满足故障相电流方程。
[0095]
可选地，方法10还包括步骤s140：在针对容错控制的转子电角度范围内，根据所确定的当前相电流参考值(例如，上述i
d1
和i
q1
、或i
d2
和i
q2
、或i
d3
和i
q3
)对电机进行控制；以及若开路故障类型为第二故障类型并且针对容错控制的转子电角度范围为半个转子电角度周期，则在另外的半个转子电角度周期内可以根据在非故障状态控制策略下获取的相电流参考值对交流电机进行控制。示例性地，上述相电流参考值既可以通过在电机控制器内进行在线计算而获取，也可以根据预先设置的电机参数、预设工况、预设故障条件进行离线计算，然后通过查表法获取。
[0096]
按照本发明的一个或多个实施例的方法10能够在不改变电机和逆变器的硬件结构并且不增加额外器件的条件下直接应用于现有的交流电机驱动系统产品(也即，标准的三相全桥逆变器以及三相交流电机)，从而降低了系统的容错控制成本，同时提高了容错控制方案的可迭代性。同时，在一些实施例中，方法10能够充分利用剩余健康的功率元件实现容错控制，从而提升电驱动系统的可靠性，同时提高电机开路故障下的扭矩输出能力并降低由故障引起的电机扭矩损失，适用于电驱动系统的全转速域范围。并且，在一些实施例中，方法10能够在满足故障电机转矩输出的基础上，降低故障下的电流峰值和有效值，降低电驱系统的铜耗，从而提高系统效率和稳定性。此外，在一些实施例中，方法10能够降低电机扭矩波动并且避免电机故障状态下非预期反向扭矩的产生，例如，参考扭矩值为正时，无负扭矩产生；参考扭矩值为负时，无正扭矩产生。
[0097]
图3为按照本发明的一个或多个实施例的针对交流电机开路故障的容错控制装置30的框图。如图3中所示，容错控制装置30包括模型建立模块320以及电流确定模块330。可选地，容错控制装置30还包括故障确定模块310。
[0098]
可选地，故障确定模块310配置为基于逆变器和交流电机的绕组的故障状态信息，确定交流电机的故障相和开路故障类型，其中开路故障类型包括第一故障类型和第二故障
类型。有关故障类型的确定流程可以参考上文中关于步骤s110的描述，此处不再赘述。
[0099]
模型建立模块320配置为在考虑电机交、直轴电流随电机转子电角度变化的条件下，构建容错控制优化模型，其中，容错控制优化模型包括基于电机扭矩方程生成的代价方程以及由故障相电流方程、电机相电流限制方程、电机相电压限制方程中的一者或多者构成的限制条件。有关容错控制优化模型的建立流程可以参考上文中关于步骤s120的描述，此处不再赘述。
[0100]
电流确定模块330配置为利用容错控制优化模型确定当前电机转子电角度下的相电流参考值。有关相电流参考值的确定流程可以参考上文中关于步骤s130的描述，此处不再赘述。
[0101]
继续参考图4，图4为按照本发明的一个或多个实施例的计算机设备40的框图。
[0102]
如图4所示，计算机设备40包括通信单元410、存储器420、处理器430、存储在存储器420上并可在处理器430上运行的计算机程序440。
[0103]
通信单元410作为通信接口，被配置为在计算机设备与外部设备(例如，电流控制器、电机传感器)或网络之间建立通信连接。
[0104]
存储器420存储可由处理器430执行的计算机程序440。处理器330配置为执行计算机程序440以实施如图1所示的方法。
[0105]
按照本发明的第四方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图1所示的方法10。该计算机可读存储介质可以包括随机存取存储器(ram)(诸如同步动态随机存取存储器(sdram))、只读存储器(rom)、非易失性随机存取存储器(nvram)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、闪存、其他已知的存储介质等。
[0106]
在可适用的情况下，可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现由本发明提供的各种实施例。而且，在可适用的情况下，在不脱离本发明的范围的情况下，本文中阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以被组合成包括软件、硬件和/或两者的复合部件。在可适用的情况下，在不脱离本发明的范围的情况下，本文中阐述的各种硬件部件和/或软件部件可以被分成包括软件、硬件或两者的子部件。另外，在可适用的情况下，预期的是，软件部件可以被实现为硬件部件，以及反之亦然。
[0107]
根据本发明的软件(诸如程序代码和/或数据)可以被存储在一个或多个计算机存储介质上。还预期的是，可以使用联网的和/或以其他方式的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实现本文中标识的软件。在可适用的情况下，本文中描述的各个步骤的顺序可以被改变、被组合成复合步骤和/或被分成子步骤以提供本文中描述的特征。
[0108]
提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本发明及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。