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)