一種混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)容錯控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣傳動技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種容錯控制，特別是涉及一種電動汽車用 混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)容錯控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益加重，電動汽車成為未來汽車可持續(xù)發(fā)展的必然 趨勢。目前，電動汽車采用的電機(jī)主要有三相異步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)和永磁同步電機(jī)，其 中永磁同步電機(jī)由于體積小、功率密度高、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)使它具有更高的應(yīng)用 優(yōu)勢，但永磁電機(jī)氣隙磁場難以調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)也給應(yīng)用帶來了局限性?；谝陨显?，混合勵 磁電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，它結(jié)合了永磁同步電機(jī)和電勵磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)而又克服了它們各自的 缺點(diǎn)，功率因數(shù)高、調(diào)速范圍寬。這種電機(jī)具有兩種勵磁源，即永磁勵磁和電勵磁，二者在 電機(jī)氣隙中相互作用合成產(chǎn)生氣隙磁場。當(dāng)電勵磁線圈通入正向勵磁電流時，會產(chǎn)生和永 磁磁通方向相同的磁通，增大了氣隙磁場，實(shí)現(xiàn)增磁運(yùn)行，為電動汽車起動或爬坡提供大轉(zhuǎn) 矩；反之，當(dāng)電勵磁線圈通入反向勵磁電流時，產(chǎn)生和永磁磁通方向相反的磁通，削弱了氣 隙磁場，大大拓寬了電機(jī)恒功率運(yùn)行范圍，滿足電動汽車高速巡航的要求?；旌蟿畲泡S向磁 場磁通切換（Hybridexcitedaxialfieldflux-switchingmagnet，HEAFFSM)是一種新 型的定子永磁型混合勵磁磁通切換電機(jī)，它將混合勵磁磁通切換理念和軸向磁場電機(jī)有效 地結(jié)合起來，如圖1所示。HEAFFSM結(jié)合了磁通切換電機(jī)和混合勵磁電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，一方面具 有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)；一方面具有高效率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于 該電機(jī)永磁體位于定子并具有獨(dú)特的聚磁效應(yīng)，因此可以用相對較少的永磁材料獲得較高 的氣隙磁密，轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體，結(jié)構(gòu)簡單，軸向長度短，所以非常適合用作電動汽 車輪轂電機(jī)。
[0003] 電動汽車運(yùn)行壞境惡劣，功率變換器是軸向磁場磁通切換永磁電機(jī)驅(qū)動中最容易 發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)?？刂破髂孀儤蜃钊菀装l(fā)生單相斷路故障，目前，對于軸向磁場磁通 切換永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)容錯控制研宄較少，未見相相關(guān)文獻(xiàn)與報道，由于其應(yīng)用場合的特 殊性，安全性與可靠性問題尤為重要，容錯控制成為研宄重點(diǎn)，容錯控制的實(shí)現(xiàn)包括故障檢 測、識別與隔離三個步驟。故障檢測與識別系統(tǒng)成為故障診斷，是容錯控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。 功率半導(dǎo)體器件及其控制驅(qū)動電路時電機(jī)系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)。其中功率變 換器故障占整個驅(qū)動系統(tǒng)故障的82. 5%。功率變換器通常由功率管開路或短路引起，故障 后電機(jī)工作性能下降，甚至喪失工作能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)之不足，在分析混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī) 的基礎(chǔ)上，提出了一種能夠準(zhǔn)確檢測電機(jī)功率變換器故障狀態(tài)，使電機(jī)運(yùn)行在容錯狀態(tài)，大 大提高電動汽車在功率變換器故障狀態(tài)下安全性能的混合勵磁軸向磁場磁通切換永磁電 機(jī)容錯控制方法。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明的混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)容錯控制方法，包括以下步 驟：
[0006] (1)從電機(jī)主電路采集相電流ia、ib和勵磁電流if，對電機(jī)進(jìn)行初始位置檢測，從 電機(jī)編碼器上采集信號，送入控制器進(jìn)行處理，得出轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子位置角0;
[0007] (2)將采集的相電流ia、ib經(jīng)跟隨、濾波、偏置和A/D轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行帕克變換，得 到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子的d軸電流iJPq軸電流iq;
[0008] (3)將給定轉(zhuǎn)速n#減去編碼器實(shí)測轉(zhuǎn)速n，得到的轉(zhuǎn)速偏差A(yù)n輸入速度調(diào)節(jié)器， 經(jīng)比例積分運(yùn)算后得到轉(zhuǎn)矩參考值2；，將轉(zhuǎn)矩參考值7；、母線電壓Ud。、定子d軸電壓ud、定 子q軸電壓uq、實(shí)測轉(zhuǎn)速n和給定轉(zhuǎn)速nit入電流分配器，根據(jù)電流判斷故障狀態(tài)，當(dāng)混合 勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)狀態(tài)正常時，進(jìn)入步驟4)，當(dāng)混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī) 發(fā)生故障時，進(jìn)入步驟5);
[0009] (4)采用id= 0控制策略，電流分配器按照如下電流分配方案輸出電流：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)容錯控制方法，其特征在于，該方法包括以下 步驟： (1) 從電機(jī)主電路采集相電流ia、ib和勵磁電流if，對電機(jī)進(jìn)行初始位置檢測，從電機(jī) 編碼器上采集信號，送入控制器進(jìn)行處理，得出轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子位置角0 ; (2) 將采集的相電流ia、ib經(jīng)跟隨、濾波、偏置和A/D轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行帕克變換，得到兩 相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子的d軸電流idPq軸電流i^ (3) 將給定轉(zhuǎn)速n#減去編碼器實(shí)測轉(zhuǎn)速n，得到的轉(zhuǎn)速偏差A(yù)n輸入速度調(diào)節(jié)器，經(jīng)比 例積分運(yùn)算后得到轉(zhuǎn)矩參考值 <，將轉(zhuǎn)矩參考值7；、母線電壓Ud。、定子d軸電壓ud、定子q 軸電壓uq、實(shí)測轉(zhuǎn)速n和給定轉(zhuǎn)速nit入電流分配器，根據(jù)電流判斷故障狀態(tài)，當(dāng)混合勵磁 軸向磁場磁通切換電機(jī)狀態(tài)正常時，進(jìn)入步驟4)，當(dāng)混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)發(fā)生 故障時，進(jìn)入步驟5); (4) 采用id= 0控制策略，電流分配器按照如下電流分配方案輸出電流：
其中，'：5為d軸電流參考值，i咖為q軸電流參考值；步力永磁體磁鏈，P為電機(jī)極 對數(shù)，為電磁轉(zhuǎn)矩參考值； (5) 采用勵磁電流進(jìn)行容錯控制，繼續(xù)保持id= 0,電流分配器按照如下電流分配方案 輸m電流：
其中，^為相電流幅值，ifMf為勵磁電流參考值，Mfs電樞繞組與勵磁繞組之間的互感，N'為勵磁繞組匝數(shù)，N為電樞繞組匝數(shù)； (6) 將電流分配器所產(chǎn)生的d軸電流參考值idMf減去步驟⑵中的d軸電流id得到d軸電流偏差A(yù)id，用q軸電流iqMf減去步驟⑵中的q軸電流iq得到q軸電流偏差A(yù)iq; 將d軸電流偏差A(yù)id輸入d軸電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分運(yùn)算，得到d軸電壓ud，將q軸電 流偏差A(yù)iq輸入q軸電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分運(yùn)算，得到q軸電壓uq，然后對所述d軸電 壓uJPq軸電壓uq*同進(jìn)行旋轉(zhuǎn)正交-靜止兩相變換后，得到靜止兩相坐標(biāo)系下a軸電 壓^和0軸電壓，將所述a軸電壓11。和0軸電壓Ufi輸入脈沖寬度調(diào)制模塊，運(yùn)算 輸出6路脈沖寬度調(diào)制信號，驅(qū)動主功率變換器； 同時將步驟（1)中采集的勵磁電流if，經(jīng)跟隨、濾波、偏置與A/D轉(zhuǎn)換后和勵磁電流參 考值ifMf-起送入直流勵磁脈寬調(diào)制模塊，運(yùn)算輸出4路脈沖寬度調(diào)制信號來驅(qū)動勵磁功 率變換器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)容錯控制系統(tǒng)，其特征 在于，所述步驟6)中的脈沖寬度調(diào)制模塊為空間矢量脈沖寬度調(diào)制模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)容錯控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述步驟3)中判斷故障狀態(tài)的具體方法為：根據(jù)給定相電流與采集到的實(shí)測相 電流的差值判斷故障狀態(tài)，即給定相電流為仏r)，實(shí)測相電流為ik(k=a,b,c)，則 二者差值為當(dāng)連續(xù)兩個檢測周期內(nèi)，Aek同號，則判斷混合勵磁軸向磁場磁 通切換電機(jī)有故障發(fā)生，否則判斷混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)狀態(tài)正常。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)容錯控制系統(tǒng)，使電機(jī)控制系統(tǒng)在逆變器發(fā)生單相故障情況下能夠容錯運(yùn)行。根據(jù)電流進(jìn)行故障判斷，當(dāng)正常運(yùn)行時，混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)容錯控制系統(tǒng)采用id＝0控制策略，分配d軸、q軸電流。當(dāng)發(fā)生單相斷路故障時，利用勵磁電流進(jìn)行容錯控制，繼續(xù)保持id＝0，協(xié)調(diào)分配q軸電流和勵磁電流，使電機(jī)運(yùn)行在容錯狀態(tài)。一種混合勵磁軸向磁場磁通切換電機(jī)容錯控制系統(tǒng)在逆變器單相斷路情況下可使電機(jī)運(yùn)行在容錯狀態(tài)，提高了電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。
【IPC分類】H02P25-02, H02P21-14, H02P21-00
【公開號】CN104617846
【申請?zhí)枴緾N201510054503
【發(fā)明人】林明耀, 趙紀(jì)龍
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月2日