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一種四相永磁容錯(cuò)電機(jī)短路補(bǔ)償控制方法

文檔序號(hào):7353096閱讀:214來(lái)源:國(guó)知局
一種四相永磁容錯(cuò)電機(jī)短路補(bǔ)償控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種四相永磁容錯(cuò)電機(jī)短路補(bǔ)償控制方法,采用集中繞組,接獨(dú)立的H橋驅(qū)動(dòng)逆變器,以實(shí)現(xiàn)完全的故障隔離。當(dāng)某一相繞組發(fā)生短路故障時(shí),就會(huì)在該相產(chǎn)生較大的短路電流,導(dǎo)致電機(jī)不平衡運(yùn)行。利用轉(zhuǎn)矩等效原理,通過(guò)調(diào)整其他非故障相電流的幅值和相位,使故障前后電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩相等,以實(shí)現(xiàn)短路故障容錯(cuò)控制。
【專利說(shuō)明】一種四相永磁容錯(cuò)電機(jī)短路補(bǔ)償控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)短路補(bǔ)償控制方法,特別是一種四相永磁容錯(cuò)電機(jī)短路補(bǔ)償控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái),隨著交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展,研究多電以及全電飛機(jī)已經(jīng)成為航空領(lǐng)域里一個(gè)炙手可熱的課題。而多電飛機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是電力作動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于電力作動(dòng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)剎車、舵面控制以及油泵等關(guān)鍵電力傳動(dòng)系統(tǒng)中,一旦發(fā)生故障,故障后電機(jī)缺相運(yùn)行,輸出轉(zhuǎn)矩將出現(xiàn)較大的波動(dòng),產(chǎn)生較大的機(jī)械噪聲,系統(tǒng)的整體性能大大降低,甚至不能工作,造成重大損失。因此電力作動(dòng)系統(tǒng)必須具有很強(qiáng)的安全可靠性和容錯(cuò)性,研究提高系統(tǒng)可靠性的控制策略,減少或避免因故障造成的損失,具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]自20世紀(jì)70年代以來(lái),國(guó)外的學(xué)者展開了對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可靠性技術(shù)的研究,并且取得了一些成果,從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來(lái)看,在方法上主要有兩種:采用冗余結(jié)構(gòu)和提高系統(tǒng)容錯(cuò)性能。具體的實(shí)現(xiàn)途徑主要有以下幾個(gè)方面:研究具有容錯(cuò)性能的電機(jī)結(jié)構(gòu),開發(fā)高可靠性驅(qū)動(dòng)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),研究高可靠性的智能控制策略。
[0004]現(xiàn)有的容錯(cuò)控制策略,僅限于開路故障,而且算法復(fù)雜,需要多次復(fù)雜的迭代才能得出最終施加在正常相繞組上的給定電流,整個(gè)控制過(guò)程不易軟件編程。本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)單,易操作適用于短路故障的容錯(cuò)控制策略,大大提高了系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單、有效的容錯(cuò)控制策略,使電機(jī)在滿足特定技術(shù)指標(biāo)的前提下帶故障運(yùn)行的四相永磁容錯(cuò)電機(jī)短路補(bǔ)償控制方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種四相永磁容錯(cuò)電機(jī)短路補(bǔ)償控制方法,步驟包括:
[0007]I)所述的四相永磁容錯(cuò)電機(jī)分為A、B、C、D四相,將每相繞組兩端引出,連接上獨(dú)立的H橋逆變器,并對(duì)電力電子器件采取熱隔離和物理隔離,之后執(zhí)行步驟2);
[0008]2)利用霍爾電流傳感器檢測(cè)各相繞組的電流,之后執(zhí)行步驟3);
[0009]3)當(dāng)檢測(cè)到A相繞組電流幅值Iam > Iffl時(shí),Im為電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)所通電流的幅值,可知A相發(fā)生短路故障,執(zhí)行步驟4);當(dāng)檢測(cè)到B相繞組電流幅值Ibm > Iffl時(shí),即B相繞組發(fā)生短路故障,執(zhí)行步驟5);當(dāng)檢測(cè)到C相繞組電流幅值Icm > Iffl時(shí),即C相繞組發(fā)生短路故障,執(zhí)行步驟6);當(dāng)檢測(cè)到D相繞組電流幅值Idm > Iffl時(shí),即D相繞組發(fā)生短路故障,執(zhí)行步驟7),當(dāng)Iam≤Im且Ibffl≤Im且Icffl≤Im且Idffl ≤ Iffl時(shí),則執(zhí)行步驟2);
[0010]4)數(shù)字信號(hào)處理器控制H橋逆變器上各個(gè)晶閘管的通斷調(diào)整B相繞組電流幅值與A相繞組短路電流幅值一致,B相繞組電流相位與A相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流相位一致,并把C、D兩相繞組的電流幅值調(diào)整為C、D兩相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流幅值的2倍,C、D兩相繞組的電流相位保持不變,本方法結(jié)束;
[0011]5)數(shù)字信號(hào)處理器控制H橋逆變器上各個(gè)晶閘管的通斷調(diào)整C相繞組電流幅值與B相繞組短路電流幅值一致,C相繞組電流相位與B相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流相位一致,并把A、D兩相繞組的電流幅值調(diào)整為A、D兩相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流幅值的2倍,A、D兩相繞組的電流相位保持不變,本方法結(jié)束;
[0012]6)數(shù)字信號(hào)處理器控制H橋逆變器上各個(gè)晶閘管的通斷調(diào)整D相繞組電流幅值與C相繞組短路電流幅值一致,D相繞組電流相位與C相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流相位一致,并把
A、B兩相繞組的電流幅值調(diào)整為A、B兩相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流幅值的2倍,A、B兩相繞組的電流相位保持不變,本方法結(jié)束;
[0013]7)數(shù)字信號(hào)處理器控制H橋逆變器上各個(gè)晶閘管的通斷調(diào)整A相繞組電流幅值與D相繞組短路電流幅值一致,A相繞組電流相位與D相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流相位一致,并把
B、C兩相繞組的電流幅值調(diào)整為B、C兩相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流幅值的2倍,B、C兩相繞組的電流相位保持不變,本方法結(jié)束。
[0014]采用上述技術(shù)方案后,本發(fā)明具有以下有益效果:采用集中繞組,接獨(dú)立的H橋驅(qū)動(dòng)逆變器,以實(shí)現(xiàn)完全的故障隔離。當(dāng)某一相繞組發(fā)生短路故障時(shí),就會(huì)在該相產(chǎn)生較大的短路電流,導(dǎo)致電機(jī)不平衡運(yùn)行。利用轉(zhuǎn)矩等效原理,通過(guò)調(diào)整其他非故障相電流的幅值和相位,使故障前后電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩相等,以實(shí)現(xiàn)短路故障容錯(cuò)控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為容錯(cuò)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0016]圖2為四相永磁容錯(cuò)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖
[0017]圖3為永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0018]圖4為四相永磁容錯(cuò)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)所加的電流波形。
[0019]圖5為四相永磁容錯(cuò)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩波形。
[0020]圖6為A相繞組發(fā)生短路故障時(shí)的短路電流波形。
[0021]圖7為A相繞組發(fā)生故障時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩波形。
[0022]圖8為A相繞組發(fā)生故障時(shí)的B相的容錯(cuò)電流波形。
[0023]圖9為A相繞組發(fā)生故障時(shí)C、D相的容錯(cuò)電流波形。
[0024]圖10為A相繞組發(fā)生短路故障容錯(cuò)后的電磁轉(zhuǎn)矩波形。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。
[0026]如圖1所示,本發(fā)明的容錯(cuò)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖,〔、11;、1。'1/分別為4、8、(:、0相的指令電流,ia、ib、i。、id分別為通過(guò)霍爾電流傳感器檢測(cè)到的A、B、C、D相的實(shí)際電流,通過(guò)加法器求得iM的值,將其作為電流滯環(huán)比較器的輸入,通過(guò)電流滯環(huán)比較器的輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)功率器件的導(dǎo)通和關(guān)斷。
[0027]如圖2所示,本發(fā)明涉及的四相永磁容錯(cuò)電機(jī)定子采用集中繞組,空間上徑向相對(duì)的定子極串聯(lián)形成一相,相與相之間是獨(dú)立的(這種獨(dú)立包括電路和磁路的獨(dú)立),某一相繞組發(fā)生短路故障時(shí),并不影響其他非故障相的正常工作,實(shí)現(xiàn)了完全的電、磁隔離。
[0028]如圖3所示,驅(qū)動(dòng)電路采用獨(dú)立的H橋逆變器驅(qū)動(dòng),容錯(cuò)電機(jī)的每相繞組兩端均被引出,接獨(dú)立的H橋逆變器,并對(duì)電力電子器件采取熱隔離和物理隔離。這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了完全的相間電隔離,大大提高了繞組獨(dú)立運(yùn)行的能力,即使某一相或幾相繞組發(fā)生短路故障,不能再通過(guò)相應(yīng)的橋供電,通過(guò)非故障相工作仍能維持電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0029]當(dāng)電機(jī)的某相發(fā)生短路故障時(shí),將在該相產(chǎn)生較大的短路電流,導(dǎo)致電機(jī)不平衡運(yùn)行。利用等效轉(zhuǎn)矩原理,通過(guò)調(diào)整其他非故障相電流的幅值和相位,使電機(jī)故障前后輸出等效的電磁轉(zhuǎn)矩,實(shí)現(xiàn)短路容錯(cuò)控制。
[0030]電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式得:
【權(quán)利要求】
1.一種四相永磁容錯(cuò)電機(jī)短路補(bǔ)償控制方法,其特征在于步驟包括: 1)所述的四相永磁容錯(cuò)電機(jī)分為A、B、C、D四相,將每相繞組兩端引出,連接上獨(dú)立的H橋逆變器,并對(duì)電力電子器件采取熱隔離和物理隔離,之后執(zhí)行步驟2); 2)利用霍爾電流傳感器檢測(cè)各相繞組的電流,之后執(zhí)行步驟3); 3)當(dāng)檢測(cè)到A相繞組電流幅值Iam> Iffl時(shí),Im為電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)所通電流的幅值,可知A相發(fā)生短路故障,執(zhí)行步驟4);當(dāng)檢測(cè)到B相繞組電流幅值Ibm > Iffl時(shí),即B相繞組發(fā)生短路故障,執(zhí)行步驟5);當(dāng)檢測(cè)到C相繞組電流幅值Icm > Iffl時(shí),即C相繞組發(fā)生短路故障,執(zhí)行步驟6);當(dāng)檢測(cè)到D相繞組電流幅值Idm > Im時(shí),即D相繞組發(fā)生短路故障,執(zhí)行步驟7),當(dāng)Iam彡Im且Ibm彡Im且Iem彡Im且Idm ( Iffl時(shí),則執(zhí)行步驟2); 4)數(shù)字信號(hào)處理器控制H橋逆變器上各個(gè)晶閘管的通斷調(diào)整B相繞組電流幅值與A相繞組短路電流幅值一致,B相繞組電流相位與A相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流相位一致,并把C、D兩相繞組的電流幅值調(diào)整為C、D兩相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流幅值的2倍,C、D兩相繞組的電流相位保持不變, 本方法結(jié)束; 5)數(shù)字信號(hào)處理器控制H橋逆變器上各個(gè)晶閘管的通斷調(diào)整C相繞組電流幅值與B相繞組短路電流幅值一致,C相繞組電流相位與B相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流相位一致,并把A、D兩相繞組的電流幅值調(diào)整為A、D兩相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流幅值的2倍,A、D兩相繞組的電流相位保持不變,本方法結(jié)束; 6)數(shù)字信號(hào)處理器控制H橋逆變器上各個(gè)晶閘管的通斷調(diào)整D相繞組電流幅值與C相繞組短路電流幅值一致,D相繞組電流相位與C相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流相位一致,并把A、B兩相繞組的電流幅值調(diào)整為A、B兩相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流幅值的2倍,A、B兩相繞組的電流相位保持不變,本方法結(jié)束; 7)數(shù)字信號(hào)處理器控制H橋逆變器上各個(gè)晶閘管的通斷調(diào)整A相繞組電流幅值與D相繞組短路電流幅值一致,A相繞組電流相位與D相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流相位一致,并把B、C兩相繞組的電流幅值調(diào)整為B、C兩相繞組正常運(yùn)行時(shí)電流幅值的2倍,B、C兩相繞組的電流相位保持不變,本方法結(jié)束。
【文檔編號(hào)】H02P25/02GK103427731SQ201310299138
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】吉敬華, 劉文慶, 趙文祥, 朱紀(jì)洪, 王壯 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)
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