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ST 容错高功率电机控制解决方案以六相电机驱动为核心，通过 “模块化硬件 + 全流程故障管控算法”，实现电机在断相、功率器件短路、传感器故障等场景下的持续运行（支持无降额或可控降额），适配 1.5kW 高功率场景，可承受多达 3 次并发故障，是工业高可靠性电机应用的关键支撑。
资料获取：容错高功率电机控制：ST解决方案的算法和架构
1. 核心定位：高功率场景的 “故障免疫” 电机控制
容错电机控制系统的核心是 “故障后服务连续性”—— 即使出现单相 / 多相故障，电机仍能维持扭矩（无降额）或可控降额运行，避免系统停机。ST 方案的核心优势的是用 “六相拓扑” 替代传统三相，解决三相系统故障后无法产生旋转磁场的痛点：
- 三相系统痛点：单断相后仅剩两相，电流满足iu=-iv，无法形成旋转定子磁场，直接停机；
- 六相拓扑优势：故障后剩余 5 相仍可重新组合，通过电流调整生成稳定旋转磁场，保障扭矩输出；
- 高功率适配：支持 250~400V 直流链路，1.5kW 功率、14Arms 相电流，兼容感应电机（IM）、永磁同步电机（PMSM）等多类型电机。
2. 硬件架构：模块化设计，兼顾冗余与可维护性
ST 的核心参考设计是 STEVAL-FTD01KCB 容错六相电机驱动套件，采用模块化架构，既保障冗余性，又降低故障后维护成本：
2.1 核心硬件组成
- 模块化拆分：
- 关键器件优势：
2.2 冗余设计亮点
- 器件冗余：6 相支路共 12 个功率器件，故障后剩余器件仍能分摊电流，避免过载；
- 拓扑冗余：六相拓扑天然具备冗余，相比 “双三相” 方案，器件利用率更高，故障后控制更灵活。
3. 关键技术流程：故障 “检测→隔离→补偿” 全闭环
ST 方案通过三层技术保障容错能力，每一步都针对高功率场景的可靠性需求优化：
3.1 故障检测：精准识别多类型故障
- 支路短路故障：采用 ST 专利算法，通过对比 MCU 输出的 PWM 指令与功率器件实际栅极电压，判断短路（如 Q2 短路后互补管 Q1 状态异常），快速触发故障信号；
- 断相故障：基于相电流均方根（RMS）值统计分析，设定阈值，低于阈值则判定为断相，避免误判。
3.2 故障隔离：快速切断故障源，保护系统
3.3 故障补偿：算法优化维持扭矩输出
- 核心逻辑：健康状态下六相电流振幅相同、相位偏移 60°，形成稳定旋转磁场；故障后（如 U 相故障），调整剩余 5 相电流的振幅（如设定为 1.296 倍）与相位（偏移 25°/114° 等），维持磁动势（m.m.f.）正弦特性；
- 算法支撑：基于磁场定向控制（FOC）优化，通过 PI 调节器调整 d/q 轴电流，配合 PR 控制器补偿谐波，故障后速度无振荡，保持稳定。
4. 性能表现与应用场景
4.1 核心性能指标
- 功率与电压：250~400V 直流链路，峰值功率 1.5kW，相电流高达 14Arms；
- 容错能力：支持多达 3 次并发故障，故障后无降额或可控降额运行；
- 控制精度：故障后速度恢复无振荡（700rpm/5Nm 工况下验证）；
- 资源占用：演示代码 ROM 40k、RAM 31.5k、CCM RAM 9k，资源消耗低。
4.2 适配场景
5. ST 容错高功率电机控制核心参数速查表
下表基于 ST 工业峰会容错电机控制文档，从硬件配置、容错能力、性能指标、故障处理流程四大维度，提炼 STEVAL-FTD01KCB 套件及核心技术的关键参数。
| 设计维度 | 关键参数 / 规则 | 具体值 / 配置示例 |
|---|---|---|
| 硬件配置 | 1. 核心参考设计 2. 模块组成（数量 / 功能） 3. 关键器件选型 4. 控制核心参数 |
1. STEVAL-FTD01KCB 容错六相电机驱动套件 2. 主板 (1 块：继电器 + 熔断器 + 检测电路)、控制板 (1 块：算法执行)、支路板 (6 块：每块对应 1 相) 3. • MCU：STM32G473QB（170MHz Cortex-M4，128KB Flash） ・IGBT：STGB20M65DF2（650V/20A，低损耗） ・栅极驱动器：STGAP2D（电隔离，4A 驱动能力） 4.・PWM 定时器：TIM1/TIM8（3+3 通道，支持六相 PWM 生成） ・ADC 通道：多通道同步采样，适配六相电流检测 |
| 容错能力 | 1. 最大并发故障次数 2. 支持故障类型 3. 故障后运行模式 4. 故障支路维护方式 |
1. 多达 3 次并发故障 2. 支路短路（功率器件短路）、电机断相 3.・无降额：部分场景下维持原扭矩 / 速度 ・降额：扭矩 / 速度降低（需适配应用需求） 4. 支路板单独更换（无需整体维修，降低维护成本） |
| 性能指标 | 1. 功率与电压范围 2. 相电流能力 3. 控制精度（故障后） 4. 支持电机类型 5. MCU 资源占用 |
1.・直流链路电压：250~400V DC ・峰值功率：1.5kW 2. 最大相电流：14 Arms 3. 速度恢复无振荡（700 rpm/5 Nm 工况验证） 4. 感应电机（IM）、永磁同步电机（PMSM）、同步磁阻电机（SynRM） 5. • ROM：40KB • RAM：31.5KB • CCM RAM：9KB |
| 故障处理流程 | 1. 故障检测 （方法 / 响应） 2. 故障隔离 （硬件动作） 3. 故障补偿 （算法策略） |
1.・支路短路：对比 PWM 指令与实际栅极电压（ST 专利算法），快速触发 ・断相：相电流 RMS 值统计分析，低于阈值判定 2.・熔断器：故障支路快速熔断，隔离直流总线 ・继电器：断开故障支路与电机连接，保护健康相位 3.・电流调整：故障后剩余相电流振幅（如 1.296 倍）与相位（如 25°/114° 偏移）优化 ・算法基础：基于 FOC，PI+PR 控制器协同，维持磁动势正弦特性 |
关键说明
- 硬件选型适配：若需更高功率（>1.5kW），可通过并联支路板或升级 IGBT 型号实现，但需保持六相拓扑以维持容错能力。
- 故障处理优先级：短路故障响应优先级最高（毫秒级熔断），断相故障需结合 RMS 统计避免误判，补偿算法需根据电机类型微调（如 PMSM 与 IM 的磁动势计算差异）。
- 软件支持：基于 X-CUBE-MCSDK 5.X 开发，提供六相 FOC、PWM 生成、故障检测等演示代码，可直接移植优化，降低开发周期。
ST 容错高功率电机控制方案以 “六相拓扑 + 模块化架构 + 全闭环故障管控” 为核心，解决了传统三相电机故障后停机的痛点，通过硬件冗余与算法优化，实现高功率场景下的持续运行。其模块化设计降低维护成本，专利故障检测与补偿算法保障控制精度，是高可靠性电机应用的优选方案。
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