绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统及方法，绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统包括速度设定模块、V/f曲线生成模块、调制驱动模块、最大推力跟踪模块、功角检测模块、绕组切换故障检测与诊断模块和绕组切换容错控制模块。当系统暂态不稳定时，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线同步电动机停止运行并触发制动系统，当系统暂态稳定时，绕组切换容错控制模块接收绕组切换故障检测与诊断模块输出的切换故障信号，并根据绕组分段式永磁直线同步电动机的运行速度制定V/f容错控制策略。本发明能够有效解决绕组切换故障引起的振荡及失步问题，保障绕组分段式永磁直线同步电动机的稳定运行。

说明书

技术领域

本发明涉及垂直运动的绕组分段式永磁直线同步电动机技术领域，尤其涉及 一种绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统及方法。

背景技术

永磁直线同步电动机(PermanentMagnetLinearSynchronousMotor，PMLSM) 及其伺服系统以响应速度快、定位精度高、行程不受限制等优点越来越受到重视， 在高速和高精度数控系统、工业运输系统、矿用无绳提升机、超高层电梯、电磁 飞机弹射等领域具有非常大的应用前景。

在长距离运行场合中，永磁直线同步电动机通常采用电枢绕组作为定子、 永磁体作为动子的结构，即长初级短次级型PMLSM。为了降低每相电枢绕组的 电流等级、减少损耗、提高系统效率并方便安装维护，需要将定子电枢绕组分段 设计，即采用绕组分段式结构的永磁直线同步电动机。分段式永磁直线同步电动 机采用分布式供电方式，电机在运行过程中根据动子位置信号切换定子绕组以实 现分段供电。

电枢绕组分段式结构可以简化安装、降低能耗、提高电机效率，但也存在 结构复杂、信号多、可靠性差的缺陷。如果动子位置信号丢失或者绕组切换执行 机构故障，将导致单元电机绕组切换失败，引起异常推力波动。对于垂直运动的 绕组分段式永磁直线同步电动机，定子绕组切换故障产生的异常推力波动有可能 引起电机失步，引发重大安全事故，直接影响绕组分段式永磁直线同步电动机的 稳定运行。现有的研究成果主要集中于对绕组分段式永磁直线同步电动机的分析、 设计以及驱动控制，无法解决定子绕组切换失败后带来的严重后果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制 系统及方法，能够实时在线检测绕组分段式永磁直线同步电动机绕组切换机构的 工作状态，当绕组切换出现故障时，根据系统运行工况及故障类型及时进行容错 控制，有效解决绕组切换故障引起的振荡及失步问题，保障绕组分段式永磁直线 同步电动机的稳定运行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统，包括速度设定模块、V/f曲 线生成模块、调制驱动模块、最大推力跟踪模块、功角检测模块、绕组切换故障 检测与诊断模块和绕组切换容错控制模块；

速度设定模块的输出端连接V/f曲线生成模块的输入端和调制驱动模块的输入端， V/f曲线生成模块的输出端连接调制驱动模块的输入端，最大推力跟踪模块的输 出端和功角检测模块的输出端连接绕组切换容错控制模块的输入端，绕组切换故 障检测与诊断模块的输出端连接绕组切换容错控制模块的输入端，绕组切换容错 控制模块的输出端连接速度设定模块的输入端和V/f曲线生成模块的输入端；

速度设定模块用于根据给定速度，设定绕组分段式永磁直线同步电动机启动过程 的加速度，实现绕组分段式永磁直线同步电动机的平滑变速控制，速度设定模块 还用于根据给定速度输出相应的频率信号；V/f曲线生成模块用于根据输入的频 率信号，产生相应比例的电压信号；调制驱动模块用于根据输入的电压信号和频 率信号产生跟踪频率变化的输出电压，最大推力跟踪模块用于计算绕组分段式永 磁直线同步电动机的临界功角；功角检测模块用于检测绕组分段式永磁直线同步 电动机的实时功角；绕组切换故障检测与诊断模块用于实时检测绕组切换机构的 工作状态，判断故障类型和位置；绕组切换容错控制模块用于根据最大推力跟踪 模块输出的临界功角和功角检测模块输出的实时功角，判断绕组分段式永磁直线 同步电动机的暂态稳定性，并根据绕组切换机构的故障类型调整速度设定模块输 出的频率信号和V/f曲线生成模块输出的电压信号，改变绕组分段式永磁直线同 步电动机的推力-功角特性曲线。

还包括启动电压补偿模块，启动电压补偿模块的输出端连接V/f曲线生成模块的 输入端，启动电压补偿模块用于对绕组分段式永磁直线同步电动机低频运行时的 电阻效应进行电压补偿，提高启动推力。

所述速度设定模块的启动速度设定曲线为：

$v\left(t\right)=\left(\begin{array}{cc}2v_0\frac{t^2}{T^2}& 0\le t\le \frac{T}{2}\\ v_0(-1+4\frac{t}{T}-\frac{2t^2}{T^2})& \frac{T}{2}\le t\le T\end{array}\right);$

式中，v为输出速度；t为时间；v₀为初始速度；T为设定的加速时间。

所述V/f曲线生成模块中设定的V/f曲线为可编程多点曲线，V/f曲线上的多个 分割点的坐标能够在线调整。

所述的调制驱动模块包括SVPWM调制驱动单元和三相逆变器，SVPWM调制驱 动单元的输出端连接三相逆变器的输入端。

基于所述的绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统的容错切换控制 方法，包括以下步骤：

A、绕组切换容错控制模块接收并比较最大推力跟踪模块输出的临界功角和功角 检测模块输出的实时功角，当功角检测模块输出的实时功角大于最大推力跟踪模 块输出的临界功角时，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线同步电动 机停止运行并触发制动系统，当功角检测模块输出的实时功角小于等于最大推力 跟踪模块输出的临界功角时，进入步骤B；

B、绕组切换故障检测与诊断模块实时检测绕组切换机构的工作状态，分别采集 绕组切换机构输出的控制信号和多个反馈信号，当有一个或多个反馈信号出现异 常时，绕组切换故障检测与诊断模块向绕组切换容错控制模块输出切换故障信号， 然后进入步骤C；

C、绕组切换容错控制模块接收绕组切换故障检测与诊断模块输出的切换故障信 号，并根据绕组分段式永磁直线同步电动机的运行速度制定V/f容错控制策略， 当绕组分段式永磁直线同步电动机在加速或减速运行阶段时，保持速度设定模块 输出的频率信号大小不变，增大V/f曲线生成模块输出的电压信号，当绕组分段 式永磁直线同步电动机在额定速度运行阶段时，保持V/f曲线生成模块输出的电 压信号大小不变，减小速度设定模块输出的频率信号。

所述的步骤B中，若绕组分段式永磁直线同步电动机运行在提升过程，当有一个 反馈信号出现异常时，绕组切换故障检测与诊断模块判定一台电机定子绕组切换 失败并向绕组切换容错控制模块输出一台电机切换故障信号，当有两个反馈信号 出现异常时，绕组切换故障检测与诊断模块判定两台电机定子绕组切换失败并向 绕组切换容错控制模块输出两台电机切换故障信号，当有三个反馈信号出现异常 时，绕组切换故障检测与诊断模块判定三台电机定子绕组切换失败并向绕组切换 容错控制模块输出三台电机切换故障信号，当有四个以上反馈信号出现异常时， 绕组切换故障检测与诊断模块判定电机失控并向绕组切换容错控制模块输出严 重故障信号；

若绕组分段式永磁直线同步电动机运行在下降过程，当有一个反馈信号出现异常 时，绕组切换故障检测与诊断模块判定一台电机定子绕组切换失败并向绕组切换 容错控制模块输出一台电机切换故障信号，当有两个反馈信号出现异常时，绕组 切换故障检测与诊断模块判定两台电机定子绕组切换失败并向绕组切换容错控 制模块输出两台电机切换故障信号，当有三个反馈信号出现异常时，绕组切换故 障检测与诊断模块判定三台电机定子绕组切换失败并向绕组切换容错控制模块 输出三台电机切换故障信号，当有四个反馈信号出现异常时，绕组切换故障检测 与诊断模块判定四台电机定子绕组切换失败并向绕组切换容错控制模块输出四 台电机切换故障信号，当有五个以上反馈信号出现异常时，绕组切换故障检测与 诊断模块判定电机失控并向绕组切换容错控制模块输出严重故障信号。

所述的步骤C中，绕组切换容错控制模块根据绕组切换故障检测与诊断模块输出 的切换故障信号和绕组分段式永磁直线同步电动机的运行速度制定V/f容错控制 策略，当绕组分段式永磁直线同步电动机在提升过程的加速或减速运行阶段时， 若一台电机切换故障、两台电机切换故障或三台电机切换故障，保持速度设定模 块输出的频率信号大小不变，增大V/f曲线生成模块输出的电压信号，若四台以 上电机切换故障，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线同步电动机停 止运行并触发制动系统，当绕组分段式永磁直线同步电动机在提升过程的额定速 度运行阶段时，若一台电机切换故障、两台电机切换故障或三台电机切换故障， 保持V/f曲线生成模块输出的电压信号大小不变，减小速度设定模块输出的频率 信号，若四台以上电机切换故障，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直 线同步电动机停止运行并触发制动系统；

绕组切换容错控制模块根据绕组切换故障检测与诊断模块输出的切换故障信号 和绕组分段式永磁直线同步电动机的运行速度制定V/f曲线容错控制策略，当绕 组分段式永磁直线同步电动机在下降过程的加速或减速运行阶段时，若一台电机 切换故障，保持速度设定模块输出的频率信号大小不变，并保持V/f曲线生成模 块输出的电压信号大小不变，若两台电机切换故障、三台电机切换故障或四台电 机切换故障，保持速度设定模块输出的频率信号大小不变，增大V/f曲线生成模 块输出的电压信号，若五台以上电机切换故障，绕组切换容错控制模块控制绕组 分段式永磁直线同步电动机停止运行并触发制动系统，当绕组分段式永磁直线同 步电动机在下降过程的额定速度运行阶段时，若一台电机切换故障，保持速度设 定模块输出的频率信号大小不变，并保持V/f曲线生成模块输出的电压信号大小 不变，若两台电机切换故障、三台电机切换故障或四台电机切换故障，保持V/f 曲线生成模块输出的电压信号大小不变，减小速度设定模块输出的频率信号，若 五台以上电机切换故障，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线同步电 动机停止运行并触发制动系统。

所述的步骤C中，当绕组分段式永磁直线同步电动机在提升过程的加速或减速运 行阶段时，若一台电机切换故障，保持速度设定模块输出的频率信号大小不变， 将V/f曲线生成模块输出的电压信号增大为当前电压的1.1倍，若两台电机切换 故障，保持速度设定模块输出的频率信号大小不变，将V/f曲线生成模块输出的 电压信号增大为当前电压的1.25倍，若三台电机切换故障，保持速度设定模块 输出的频率信号大小不变，将V/f曲线生成模块输出的电压信号增大为当前电压 的1.4倍；

当绕组分段式永磁直线同步电动机在提升过程的额定速度运行阶段时，若一台电 机切换故障，保持V/f曲线生成模块输出的电压信号大小不变，将速度设定模块 输出的频率信号减小为当前频率的0.9倍，若两台电机切换故障，保持V/f曲线 生成模块输出的电压信号大小不变，将速度设定模块输出的频率信号减小为当前 频率的0.75倍，若三台电机切换故障，保持V/f曲线生成模块输出的电压信号大 小不变，将速度设定模块输出的频率信号减小为当前频率的0.6倍。

所述的步骤C中，当绕组分段式永磁直线同步电动机在下降过程的加速或减速运 行阶段时，若两台电机切换故障，保持速度设定模块输出的频率信号大小不变， 将V/f曲线生成模块输出的电压信号增大为当前电压的1.05倍，若三台电机切换 故障，保持速度设定模块输出的频率信号大小不变，将V/f曲线生成模块输出的 电压信号增大为当前电压的1.15倍，若四台电机切换故障，保持速度设定模块 输出的频率信号大小不变，将V/f曲线生成模块输出的电压信号增大为当前电压 的1.25倍；

当绕组分段式永磁直线同步电动机在下降过程的额定速度运行阶段时，若两台电 机切换故障，保持V/f曲线生成模块输出的电压信号大小不变，将速度设定模块 输出的频率信号减小为当前频率的0.95倍，若三台电机切换故障或四台电机切 换故障，保持V/f曲线生成模块输出的电压信号大小不变，将速度设定模块输出 的频率信号减小为当前频率的0.85倍，若四台电机切换故障，保持V/f曲线生成 模块输出的电压信号大小不变，将速度设定模块输出的频率信号减小为当前频率 的0.75倍。

本发明通过最大推力跟踪模块和功角检测模块分别获取绕组分段式永磁直 线同步电动机的临界功角和实时功角，并根据二者的对比结果对系统暂态稳定性 进行判断，若系统暂态不稳定则立即停止电机的运行并触发制动系统，有效避免 电机失控状况，保障运行安全；本发明通过绕组切换故障检测与诊断模块实时检 测绕组切换机构的工作状态，判断故障类型和位置，绕组切换容错控制模块根据 绕组切换机构的故障类型调整速度设定模块输出的频率信号和V/f曲线生成模块 输出的电压信号，改变绕组分段式永磁直线同步电动机的推力-功角特性曲线， 提高剩余电机推力，保持绕组分段式永磁直线同步电动机绕组切换故障前后总的 电磁推力不变，提高绕组分段永磁直线同步电动机带故障运行的能力。

附图说明

图1为本发明绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统的结构框 图；

图2为本发明速度设定模块的启动速度设定曲线；

图3为本发明V/f曲线生成模块的V/f曲线示意图；

图4为绕组分段式永磁直线同步电动机在定子绕组切换故障时的功角变化 图；

图5为本发明绕组切换容错控制模块在绕组分段式永磁直线同步电动机的 定子绕组切换故障时进行容错控制后的功角变化图；

图6为本发明绕组切换容错控制模块的容错控制原理图；

图7为本发明绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制方法的流程示 意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制 系统，包括速度设定模块、V/f曲线生成模块、调制驱动模块、最大推力跟踪模 块、功角检测模块、绕组切换故障检测与诊断模块和绕组切换容错控制模块，其 中调制驱动模块包括SVPWM调制驱动单元和三相逆变器。

速度设定模块的输出端连接V/f曲线生成模块的输入端和SVPWM调制驱动 单元的输入端，V/f曲线生成模块的输出端连接调制驱动模块的输入端，SVPWM 调制驱动单元的输出端连接三相逆变器的输入端，三相逆变器的输出端通过绕组 切换机构连接绕组分段式永磁直线同步电动机的定子绕组，最大推力跟踪模块的 输出端和功角检测模块的输出端连接绕组切换容错控制模块的输入端，绕组切换 故障检测与诊断模块的输出端连接绕组切换容错控制模块的输入端，绕组切换容 错控制模块的输出端连接速度设定模块的输入端和V/f曲线生成模块的输入端。

本发明的速度设定模块用于根据给定速度，设定绕组分段式永磁直线同步电 动机启动过程的加速度，实现绕组分段式永磁直线同步电动机的平滑变速控制。 如图2所示，本实施例中速度设定模块的启动速度设定曲线为S-型，启动速度的 具体变化过程如下：

$v\left(t\right)=\left(\begin{array}{cc}2v_0\frac{t^2}{T^2}& 0\le t\le \frac{T}{2}\\ v_0(-1+4\frac{t}{T}-\frac{2t^2}{T^2})& \frac{T}{2}\le t\le T\end{array}\right);$

式中v为输出速度；t为时间；v₀为初始速度；T为设定的加速时间。绕组分段 式永磁直线同步电动机在启动时的加速度为0，当加速时间达到T/2时加速度达 到最大值，随后加速度逐渐减小，当启动速度达到设定速度时，加速度减小为0。

速度设定模块还用于根据给定速度计算并输出相应的频率信号，具体计算公 式为；

$f^{*}=\frac{v*}{2\tau };$

式中f^*为输出频率信号，τ为电机极距，v^*为给定速度。

本发明的V/f曲线生成模块用于根据输入的频率信号，产生相应比例的电压 信号。如图3所示，本实施例在V/f曲线生成模块中设定的V/f曲线为可编程多 点曲线，即V/f曲线上的三个分割点的坐标(f₁，V₁)、(f₂，V₂)、(f₃，V₃) 能够根据实际工况需求在线调整。

调制驱动模块用于根据输入的电压信号和频率信号产生跟踪频率变化的输 出电压，其中SVPWM调制驱动单元可根据V/f曲线生成模块输出的电压信号和 速度设定模块输出的频率信号，产生频率可调、电压可调的多种电压波形，三相 逆变器则根据SVPWM调制驱动单元输出的电压波形产生跟随频率变化的输出电 压，进而通过绕组切换机构驱动绕组分段式永磁直线同步电动机。

最大推力跟踪模块用于根据绕组分段式永磁直线同步电动机的运行频率和 过载倍数，计算临界功角。其中绕组分段式永磁直线同步电动机的最大电磁推力 F_{e_max}为：

$F_{e\_max}=\frac{3E_0{U}_s}{v_{s}Z}-\frac{3E_0^2{r}_s}{v_s{Z}^2};$

式中E₀为励磁电势，U_s为电源电压，v_s为同步速度，Z为阻抗，r_s为定子电阻， 正常运行时绕组分段式永磁直线同步电动机的电磁推力F_e为：

$F_e=\frac{3E_0{U}_s}{v_{s}Z}sin(\delta +\alpha )-\frac{3E_0^2{r}_s}{v_s{Z}^2};$

式中δ为功角，α为电阻引起的相位角差，其中

$\alpha =arctan\frac{r_s}{X_T};$

式中X_T为同步电抗。

为了保证绕组分段永磁直线同步电动机的稳定运行，电机的最大电磁推力F_{e_max}与正常运行时的电磁推力F_e的关系应为：

$K_m=\frac{F_{e\_max}}{F_e}=\frac{1}{{\mathrm{sin\delta }}^{*}};$

式中K_m和δ^*分别为绕组分段式永磁直线同步电动机的过载倍数和期望功角。

绕组分段式永磁直线同步电动机期望功角δ^*对应的电磁推力F_l为：

$F_l=\frac{3E_0{U}_s}{v_{s}Z}sin({\delta }^{*}+\alpha )-\frac{3E_0^2{r}_s}{v_s{Z}^2};$

绕组分段式永磁直线同步电动机的临界功角为：

${\delta }_{\lim }=\pi -{\sin }^{-1}\left(\frac{F_l}{F_{e\_max}}\right)$

功角检测模块用于检测绕组分段式永磁直线同步电动机的实时功角δ，其中

$\delta =\frac{\pi }{\tau }x-2\pi ft;$

式中，x为以定子始端的A相绕组轴线为起始点的永磁直线电动机动子永磁体等 效磁场轴线的垂直运行距离，f为绕组分段式永磁直线同步电动机供电电源的频 率，τ为电机极距，t为时间。

绕组切换故障检测与诊断模块用于实时检测绕组切换机构的工作状态，判断 故障类型和位置。绕组切换故障检测与诊断模块分别采集绕组切换机构输出的控 制信号和多个反馈信号，若控制信号正常，而有一个或多个反馈信号异常，则说 明一个或多个反馈信号对应的定子绕组切换失败，本实施例中，绕组切换故障检 测与诊断模块将根据定子绕组切换失败的电机台数向绕组切换容错控制模块输 出不同类型的切换故障信号。

绕组切换容错控制模块用于判断绕组分段式永磁直线同步电动机的暂态稳 定性，当绕组分段式永磁直线同步电动机的实时功角大于临界功角时，系统暂态 不稳定，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线同步电动机停止运行并 触发制动系统，当绕组分段式永磁直线同步电动机的实时功角小于等于临界功角 时，绕组切换容错控制模块根据绕组切换机构的故障类型调整速度设定模块输出 的频率信号和V/f曲线生成模块输出的电压信号，改变绕组分段式永磁直线同步 电动机的推力-功角特性曲线。

如图4所示，当绕组分段式永磁直线同步电动机定子绕组切换故障时，电机 的电磁推力将会减小，可能小于负载力，如果不进行容错控制，功角将产生剧烈 震荡，可能导致电机发生失步。如图5所示，若绕组分段式永磁直线同步电动机 定子绕组切换故障时，保持速度设定模块输出的频率信号大小不变，增大V/f曲 线生成模块输出的电压信号，或者保持V/f曲线生成模块输出的电压信号大小不 变，减小速度设定模块输出的频率信号，均可提高剩余电机的电磁推力，将功角 控制在稳定区，防止电机失步发生。

如图6所示，曲线1为绕组分段式永磁直线同步电动机正常运行的推力-功 角特性，曲线2为绕组分段式永磁直线同步电动机定子绕组切换故障后的推力- 功角特性，曲线3为本发明在绕组分段式永磁直线同步电动机定子绕组切换故障 后进行容错控制后的推力-功角特性。若绕组分段式永磁直线同步电动机定子绕 组切换故障时，通过绕组切换容错控制模块控制增加V/f曲线生成模块输出的电 压信号或者降低速度设定模块输出的频率信号，可以改变电机的推力-功角特性 曲线，提高剩余电机的电磁推力，电机的运行状态将沿a→b→c→d→e运动， 最终经过几次衰减振荡后，稳定运行于e点，防止失步的产生。

本发明所述的绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统还包括启 动电压补偿模块，启动电压补偿模块的输出端连接V/f曲线生成模块的输入端， 启动电压补偿模块用于对绕组分段式永磁直线同步电动机低频运行时的电阻效 应进行电压补偿，提高启动推力。

如图7所示，本发明所述的绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制方 法，包括以下步骤：

A、绕组切换容错控制模块接收并比较最大推力跟踪模块输出的临界功角和 功角检测模块输出的实时功角，当功角检测模块输出的实时功角大于最大推力跟 踪模块输出的临界功角时，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线同步 电动机停止运行并触发制动系统，当功角检测模块输出的实时功角小于等于最大 推力跟踪模块输出的临界功角时，进入步骤B。

B、绕组切换故障检测与诊断模块实时检测绕组切换机构的工作状态，分别 采集绕组切换机构输出的控制信号和多个反馈信号，当有一个或多个反馈信号出 现异常时，绕组切换故障检测与诊断模块向绕组切换容错控制模块输出切换故障 信号，然后进入步骤C。

其中，若绕组分段式永磁直线同步电动机运行在提升状态，当有一个反馈信 号出现异常时，绕组切换故障检测与诊断模块判定一台电机定子绕组切换失败并 向绕组切换容错控制模块输出一台电机切换故障信号，当有两个反馈信号出现异 常时，绕组切换故障检测与诊断模块判定两台电机定子绕组切换失败并向绕组切 换容错控制模块输出两台电机切换故障信号，当有三个反馈信号出现异常时，绕 组切换故障检测与诊断模块判定三台电机定子绕组切换失败并向绕组切换容错 控制模块输出三台电机切换故障信号，当有四个以上反馈信号出现异常时，绕组 切换故障检测与诊断模块判定电机失控并向绕组切换容错控制模块输出严重故 障信号。

若绕组分段式永磁直线同步电动机运行在下降状态，当有一个反馈信号出现 异常时，绕组切换故障检测与诊断模块判定一台电机定子绕组切换失败并向绕组 切换容错控制模块输出一台电机切换故障信号，当有两个反馈信号出现异常时， 绕组切换故障检测与诊断模块判定两台电机定子绕组切换失败并向绕组切换容 错控制模块输出两台电机切换故障信号，当有三个反馈信号出现异常时，绕组切 换故障检测与诊断模块判定三台电机定子绕组切换失败并向绕组切换容错控制 模块输出三台电机切换故障信号，当有四个反馈信号出现异常时，绕组切换故障 检测与诊断模块判定四台电机定子绕组切换失败并向绕组切换容错控制模块输 出四台电机切换故障信号，当有五个以上反馈信号出现异常时，绕组切换故障检 测与诊断模块判定电机失控并向绕组切换容错控制模块输出严重故障信号。

C、绕组切换容错控制模块接收绕组切换故障检测与诊断模块输出的切换故 障信号，并根据绕组分段式永磁直线同步电动机的运行速度制定V/f容错控制策 略，当绕组分段式永磁直线同步电动机在加速或减速运行阶段时，保持速度设定 模块输出的频率信号大小不变，增大V/f曲线生成模块输出的电压信号，当绕组 分段式永磁直线同步电动机在额定速度运行阶段时，保持V/f曲线生成模块输出 的电压信号大小不变，减小速度设定模块输出的频率信号。

其中，当绕组分段式永磁直线同步电动机在提升过程的加速或减速运行阶段 时，若一台电机切换故障，保持速度设定模块输出的频率信号大小不变，将V/f 曲线生成模块输出的电压信号增大为当前电压的1.1倍，若两台电机切换故障， 保持速度设定模块输出的频率信号大小不变，将V/f曲线生成模块输出的电压信 号增大为当前电压的1.25倍，若三台电机切换故障，保持速度设定模块输出的 频率信号大小不变，将V/f曲线生成模块输出的电压信号增大为当前电压的1.4 倍，若四台以上电机切换故障，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线 同步电动机停止运行并触发制动系统。

当绕组分段式永磁直线同步电动机在提升过程的额定速度运行阶段时，若一 台电机切换故障，保持V/f曲线生成模块输出的电压信号大小不变，将速度设定 模块输出的频率信号减小为当前频率的0.9倍，若两台电机切换故障，保持V/f 曲线生成模块输出的电压信号大小不变，将速度设定模块输出的频率信号减小为 当前频率的0.75倍，若三台电机切换故障，保持V/f曲线生成模块输出的电压信 号大小不变，将速度设定模块输出的频率信号减小为当前频率的0.6倍，若四台 以上电机切换故障，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线同步电动机 停止运行并触发制动系统。

当绕组分段式永磁直线同步电动机在下降过程的加速或减速运行阶段时，若 两台电机切换故障，保持速度设定模块输出的频率信号大小不变，将V/f曲线生 成模块输出的电压信号增大为当前电压的1.05倍，若三台电机切换故障，保持 速度设定模块输出的频率信号大小不变，将V/f曲线生成模块输出的电压信号增 大为当前电压的1.15倍，若四台电机切换故障，保持速度设定模块输出的频率 信号大小不变，将V/f曲线生成模块输出的电压信号增大为当前电压的1.25倍， 若五台以上电机切换故障，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线同步 电动机停止运行并触发制动系统。

当绕组分段式永磁直线同步电动机在下降过程的额定速度运行阶段时，若两 台电机切换故障，保持V/f曲线生成模块输出的电压信号大小不变，将速度设定 模块输出的频率信号减小为当前频率的0.95倍，若三台电机切换故障，保持V/f 曲线生成模块输出的电压信号大小不变，将速度设定模块输出的频率信号减小为 当前频率的0.85倍，若四台电机切换故障，保持V/f曲线生成模块输出的电压信 号大小不变，将速度设定模块输出的频率信号减小为当前频率的0.75倍，若五 台以上电机切换故障，绕组切换容错控制模块控制绕组分段式永磁直线同步电动 机停止运行并触发制动系统。

本发明将容错控制技术引入到绕组分段式永磁直线同步电动机的控制中，能够保 证定子绕组切换故障后，绕组分段式永磁直线同步电动机的电磁推力维持平稳， 克服了传统绕组分段式永磁直线同步电动机在绕组切换过程中的振动及失步问 题，有效保证垂直运动的绕组分段式永磁直线同步电动机系统的可靠稳定运行， 同时提高故障容错运行能力，有利于建立可靠性高的直线电机驱动系统。