本技術(shù)針對(duì)冗余容錯(cuò)技術(shù)體積、重量、成本高的缺點(diǎn)，提出了一系列低成本容錯(cuò)技術(shù)，當(dāng)功率器件發(fā)生故障時(shí)，通過熔斷器將故障橋臂隔離，同時(shí)切換到匹配的容錯(cuò)模式，實(shí)現(xiàn)電力電子變換器的有效容錯(cuò)，具體如下：（1）接電容中心點(diǎn)容錯(cuò)技術(shù)

針對(duì)接電容中心點(diǎn)的容錯(cuò)拓?fù)洌▓D1）存在電容電壓漂移、控制自由度下降的技術(shù)難題，提出了基于有限集模型預(yù)測(cè)的容錯(cuò)控制方法，建立了容錯(cuò)拓?fù)浜碗姍C(jī)的離散化數(shù)學(xué)模型、電容電壓與開關(guān)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了電機(jī)控制目標(biāo)函數(shù)以及電容電壓漂移抑制目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的有效控制與電容電壓漂移抑制。

圖1 接電容中心點(diǎn)容錯(cuò)拓?fù)?/span>

（2）共享橋臂容錯(cuò)技術(shù)

針對(duì)共享橋臂容錯(cuò)拓?fù)洌▓D2）控制存在整流和逆變系統(tǒng)的強(qiáng)耦合、控制自由度下降、電壓矢量決策沖突、共享橋臂電流限制、電壓分配約束等技術(shù)挑戰(zhàn)，提出了基于有限集模型預(yù)測(cè)的容錯(cuò)控制技術(shù)，建立了整流系統(tǒng)的有功功率和無功功率預(yù)測(cè)模型、逆變系統(tǒng)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩模型，提出了整流逆變一體化控制方案，實(shí)現(xiàn)了共享橋臂容錯(cuò)拓?fù)涞挠行Э刂啤?/span>

圖2 共享橋臂容錯(cuò)技術(shù)

（3）面向兩橋臂故障和繼發(fā)故障的容錯(cuò)技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在突發(fā)故障或繼發(fā)故障后出現(xiàn)的雙橋臂故障容錯(cuò)，發(fā)明了四橋臂容錯(cuò)拓?fù)洌▓D3）。針對(duì)繼發(fā)故障，提出了多級(jí)容錯(cuò)策略：單橋臂故障下實(shí)現(xiàn)第一級(jí)容錯(cuò)，拓?fù)溥x擇接電容中心點(diǎn)或共享橋臂，繼發(fā)性故障下實(shí)現(xiàn)第二級(jí)容錯(cuò)，切換至四橋臂容錯(cuò)拓?fù)?，在前兩?jí)容錯(cuò)失效的情況下，系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)警保護(hù)，確保不產(chǎn)生嚴(yán)重后果。四橋臂容錯(cuò)拓?fù)涞目刂仆瑫r(shí)存在接電容中心點(diǎn)與共享橋臂容錯(cuò)拓?fù)涞募夹g(shù)挑戰(zhàn)，構(gòu)建了四橋臂功率變換器的離散化數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了基于有限集模型預(yù)測(cè)的容錯(cuò)控制方法，實(shí)現(xiàn)了整流和逆變系統(tǒng)的一體化協(xié)調(diào)控制。

圖3 四橋臂容錯(cuò)拓?fù)?/span>

（4）嵌入式的容錯(cuò)技術(shù)

故障發(fā)生后，系統(tǒng)快速平滑切換到相應(yīng)的容錯(cuò)模式，是容錯(cuò)控制技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)踐的關(guān)鍵。嵌入故障診斷與容錯(cuò)方案于一體（圖4），系統(tǒng)發(fā)生故障后通過實(shí)時(shí)診斷結(jié)果完成功率變換器硬件重構(gòu)與控制軟件重構(gòu)，進(jìn)入容錯(cuò)狀態(tài)，建立故障前后一致的電壓矢量模型、開關(guān)組合模型，將容錯(cuò)控制算法嵌入到正?？刂扑惴ㄖ校鉀Q了容錯(cuò)前后的平滑切換問題?；诖耍兄屏耸卓钊蒎e(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其功率變換器具有容錯(cuò)功能。 

圖4 嵌入式容錯(cuò)控制系統(tǒng)示意圖

【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】

（1）大大降低了容錯(cuò)成本：相比于傳統(tǒng)的冗余容錯(cuò)控制，添加少量切換開關(guān)的體積、重量、成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額外備份一套變換器，在某些對(duì)設(shè)備體積、重量、成本有著嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)合中具有顯著優(yōu)勢(shì)。

（2）極大提高了系統(tǒng)可靠性：在實(shí)際容錯(cuò)系統(tǒng)中可以采用多級(jí)容錯(cuò)方式，在故障發(fā)生后系統(tǒng)進(jìn)入一級(jí)容錯(cuò)狀態(tài)，此時(shí)采用傳統(tǒng)冗余容錯(cuò)；如果系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)生故障，則進(jìn)入二級(jí)容錯(cuò)狀態(tài)，采用上述容錯(cuò)技術(shù)，可以極大地提高系統(tǒng)的可靠性。

【應(yīng)用實(shí)例】

研制的容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（圖5）被應(yīng)用于華中科技大學(xué)人工智能與自動(dòng)化學(xué)院的HUSTER-12型無人艇電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)中。故障容錯(cuò)運(yùn)行下電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分（正常時(shí)可達(dá)6000轉(zhuǎn)/分），船速為5節(jié)，可實(shí)現(xiàn)正常調(diào)速，動(dòng)態(tài)特性無明顯下滑，確保無人艇的可靠返回。