一種用于五相容錯永磁直線電機的容錯控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電機開路故障容錯控制方法，特別是五相容錯永磁直線電機的控 制方法。適用于航空航天、電動汽車等對電機的可靠性有較高要求的場合。
【背景技術(shù)】
[0002] 電機驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生故障后，電機非對稱運行，輸出轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)明顯脈動，噪聲明顯增 加，系統(tǒng)整體性能惡化，甚至無法工作，嚴重危害生產(chǎn)安全，因此電機系統(tǒng)故障時的容錯能 力非常重要。
[0003] 容錯電機是指通過改變繞組方式和定子齒結(jié)構(gòu)，在空間上實現(xiàn)相與相之間的電路 和磁路的獨立，從而提高電機帶故障運行能力的一類新型電機。容錯控制的目標是針對不 同的應(yīng)用場合對容錯電流進行優(yōu)化設(shè)計，使電機在故障狀態(tài)下的輸出轉(zhuǎn)矩盡量平滑。申請 號為201210501105. 6的專利《考慮磁阻轉(zhuǎn)矩影響的五相磁通切換永磁電機容錯控制方法》 中通過調(diào)整剩余正常相的電流幅值和相位來補償故障相產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場分量，然后采用電 流滯環(huán)實現(xiàn)容錯控制。該方法存在開關(guān)頻率雜亂、噪聲大等問題，不適合大功率場合；在《電 機與控制學報》第18卷第6期上發(fā)表的《五相永磁同步電機容錯控制策略》采用坐標變換 矩陣以及矢量控制方法實現(xiàn)容錯電機容錯運行，但電機容錯運行后的電流不能跟隨容錯指 令電流，影響電機出轉(zhuǎn)矩能力以及動態(tài)性能，浪費逆變器容量，無法有效實現(xiàn)無擾運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對五相容錯永磁電機的特性以及該類電機系統(tǒng)開路故障的特點、現(xiàn)有技術(shù)中存 在的問題，本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)電流滯環(huán)逆變器開關(guān)頻率雜亂、噪聲嚴重的缺點以及 現(xiàn)有電壓矢量控制存在電流無法精確跟隨、運算復(fù)雜的缺陷，提出一種用于五相容錯永磁 直線電機的高性能容錯控制方法。
[0005] 本發(fā)明用于五相容錯永磁直線電機的高性能容錯控制方法采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種用于五相容錯永磁直線電機的容錯控制方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，建立五相圓筒型容錯永磁直線電機模型；
[0008] 步驟2,當電機A相發(fā)生開路故障時，根據(jù)電機故障前后的旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值和相角 不變以及剩余正常相電流幅值相等的原則，再根據(jù)相電流和等于零的約束條件，求出故障 后電機容錯運行的相電流；
[0009] 步驟3,根據(jù)空間機電能量轉(zhuǎn)換原理，由電機容錯運行后的相電流計算出基波子 空間的兩個正交基，從而得到剩余的四個正常相坐標到兩相靜止坐標變換的推廣派克矩陣 T4s/2s;
[0010] 步驟4,將推廣派克矩陣T4s/2s和克拉克變換矩陣C 2s/2，相乘，實現(xiàn)自然坐標系下的 電流到旋轉(zhuǎn)坐標系下的電流變換，然后求出推廣派克矩陣的反變換矩陣T 2s/4s和克拉克反變 換矩陣cW2s的乘積，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)坐標下的電壓到自然坐標下的指令電壓的變換；
[0011] 步驟5,將指令電壓和各相反電勢相加得到自然坐標系下的電機各相期望相電 壓；
[0012] 步驟6,所述期望相電壓經(jīng)電壓源逆變器CPWM調(diào)制實現(xiàn)五相容錯永磁電機故障后 無擾容錯運行。
[0013] 進一步，所述步驟2中，容錯運行的相電流為：
【主權(quán)項】
1. 一種用于五相容錯永磁直線電機的容錯控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，建立五相圓筒型容錯永磁直線電機模型； 步驟2,當電機A相發(fā)生開路故障時，根據(jù)電機故障前后的旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值和相角不變 以及剩余正常相電流幅值相等的原則，再根據(jù)相電流和等于零的約束條件，求出故障后電 機容錯運行的相電流； 步驟3,根據(jù)空間機電能量轉(zhuǎn)換原理，由電機容錯運行后的相電流計算出基波子空間的 兩個正交基，從而得到剩余的四個正常相坐標到兩相靜止坐標變換的推廣派克矩陣T4s/2s; 步驟4,將推廣派克矩陣T4s/2s和克拉克變換矩陣C 2s/&相乘，實現(xiàn)自然坐標系下的電流 到旋轉(zhuǎn)坐標系下的電流變換，然后求出推廣派克矩陣的反變換矩陣T2s/4s和克拉克反變換矩 陣Cw2s的乘積，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)坐標下的電壓到自然坐標下的指令電壓的變換； 步驟5,將指令電壓和各相反電勢相加得到自然坐標系下的電機各相期望相電壓； 步驟6,所述期望相電壓經(jīng)電壓源逆變器CPWM調(diào)制實現(xiàn)五相容錯永磁電機故障后無擾 容錯運行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于五相容錯永磁直線電機的容錯控制方法，其特征在于， 所述步驟2中，所述容錯運行的相電流為：
式中，（)、?分別是旋轉(zhuǎn)坐標系下d軸、q軸的電流指令。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于五相容錯永磁直線電機的容錯控制方法，其特征在于， 所述步驟3中，所述正交基為：
其中，TnT2S兩個正交基。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于五相容錯永磁直線電機的容錯控制方法，其特征在于， 所述步驟3中，所述的推廣派克矩陣為：
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于五相容錯永磁直線電機的容錯控制方法，其特征在于， 還包括：當其它某一相發(fā)生故障時，只需將自然坐標系逆時針旋轉(zhuǎn)I* (k = 0、l、2、3、4)電 角度，使故障前電機A相所在自然坐標系的a軸和電機故障后電機故障相所在的軸線重合 且方向一致，然后將克拉克變換矩陣改為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于五相容錯永磁直線電機的容錯控制方法，其特征在于， 所述控制方法還適用于五相容錯永磁旋轉(zhuǎn)電機控制系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于五相容錯永磁直線電機的容錯控制方法，根據(jù)電機故障前后旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值和相角不變以及正常相電流幅值相等的原則，計算出容錯電流。根據(jù)空間機電能量轉(zhuǎn)換原理，獲得基波子空間的兩個正交基，推導(dǎo)推廣派克變換矩陣，實現(xiàn)電壓和電流的坐標變換；將指令電壓和各相反電勢相加得電機自然坐標系下的各相期望相電壓；所述期望相電壓經(jīng)電壓源逆變器CPWM調(diào)制實現(xiàn)五相容錯永磁電機故障后無擾容錯運行。本發(fā)明在保證電機某一相開路故障前后電機輸出推力或轉(zhuǎn)矩一致的前提下，不但能有效抑制電機推力或轉(zhuǎn)矩脈動，而且更為關(guān)鍵的是能使電機在故障時的動態(tài)性能和正常時一致，實現(xiàn)電機高動態(tài)性能容錯運行，且算法具有一定的通用性。
【IPC分類】H02P21-00, H02P21-14, H02P25-06
【公開號】CN104682820
【申請?zhí)枴緾N201510075347
【發(fā)明人】周華偉, 劉國海, 謝瑩, 陳龍
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月12日