基于不對稱雙三相永磁同步電機統(tǒng)一模型的容錯控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機控制領(lǐng)域，涉及一種基于不對稱雙三相永磁同步電機統(tǒng)一模型的 容錯控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，多相電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢得到充分發(fā) 揮。與傳統(tǒng)三相電機系統(tǒng)相比，多相電機變頻調(diào)速系統(tǒng)可以采用低壓器件實現(xiàn)大功率驅(qū)動， 在減小轉(zhuǎn)矩脈動的同時具有較好的容錯性。其突出特點能很好滿足大功率電力傳動系統(tǒng)， 如電動汽車、航天和核電站冷卻系統(tǒng)等方面的特殊要求。雙三相永磁同步電機是多相電機 系統(tǒng)中的一個重要分支，結(jié)合了多相和永磁電機的優(yōu)點，是目前多相電機領(lǐng)域的研究熱點。
[0003] 對于逆變器供電的多相電機調(diào)速系統(tǒng)，其常見的故障是由功率器件或電機定子繞 組斷路造成多相系統(tǒng)的不對稱運行，從而導致輸出轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)波動。國內(nèi)外學者對此進行了 大量研究，基于總磁勢不變的控制策略，通過重新分配缺相后各相電流的幅值與相位得 到和缺相前相同的旋轉(zhuǎn)磁場，維持電機正常運行，但該策略的電流控制采用滯環(huán)比較的方 式，電流滯環(huán)控制的固有缺點使之很難應用于大功率場合；楊金波、劉劍等學者采用矢量 空間解耦的建模方法，根據(jù)故障狀態(tài)下四種不同的中線連接方式建立了不對稱雙三相永磁 同步電機的數(shù)學模型，并以此推導出四種情況下的控制策略，但僅分析了一相及兩相故障 情況，對于其它情況還需重新分析，不具有通用性。在各相電流能夠獨立控制的情況下， R. Alcharea等基于空間矢量解耦建立了不對稱雙三相感應電機的統(tǒng)一數(shù)學模型，并以此提 出了相應的矢量控制策略，但是以上分析基于雙三相感應電機，并未對雙三相永磁同步電 機進行詳細分析。因此，在雙三相永磁電機容錯研究中，十分有必要建立d、q坐標系下雙三 相永磁同步電機各種缺相情況下的統(tǒng)一模型，引入2次旋轉(zhuǎn)變換解決d-q子平面中電壓方 程不解耦問題。并以此推導出相應的矢量控制方法，減少電磁轉(zhuǎn)矩脈動，實現(xiàn)不對稱雙三相 永磁同步電機的解耦控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有雙三相永磁同步電機（DTP-PMSM)容錯控制方法不具 有通用性，提供一種基于不對稱雙三相永磁同步電機統(tǒng)一模型的容錯控制方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于不對稱雙三相永磁同步電 機統(tǒng)一模型的容錯控制方法，針對雙三相永磁同步電機各種缺相情況下的不對稱性，所述 不對稱雙三相永磁同步電機由兩套常規(guī)的三相繞組ABC和DEF組成，每套繞組均為Y型連 接，相應的內(nèi)部繞組在空間上互差120°，兩套三相繞組對應相之間的夾角為30°，兩套Y 形繞組的中性點相連且連接到母線電壓的中點電位上，各相電流相互獨立；該方法包括以 下步驟：
[0006] (1)在d、q子平面建立不對稱雙三相永磁同步電機統(tǒng)一模型，統(tǒng)一模型如下式所 示： CN 105119546 A 說明書 2/11 頁
[0007]
[0008] 式中1^、11(]、;[(1、;[(]分別為(1軸電壓、9軸電壓、(1電流分量、9電流分量 ；1?；3、1^分別 為定子電阻、互感；Φ f為電機永磁體磁鏈幅值；Θ s為電機轉(zhuǎn)子位置信號；ω為電機轉(zhuǎn)速； I α I |、I I β I I分別為矢量[α]、[β]的范數(shù)；ρ為微分算子d/dt;
[0009] 其中矢量[α ]、[ β ]根據(jù)如下原則確定：
[0010] 根據(jù)斷相情況去掉[α 1]、[β 1]向量中的對應項并選擇％使得[α ] [β ]τ= 〇， 得到[α]、[β]。
[0011]
[0012] 式中將（i = A, 'F)表示定子電流相位角；
[0013] (2)基于以上統(tǒng)一模型提出以定子銅耗最小或定子電流幅值最小為目標的控制方 法，包括以下步驟：
[0014] (2. 1)當F相缺相時，利用電流傳感器采集定子側(cè)AB⑶E相繞組電流isABeDE，利用單 相電壓傳感器采集直流母線電壓信號V d。；
[0015] (2. 2)利用增量型光電編碼器采集轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動脈沖信號，并經(jīng)過DSP的QEP模塊處 理，計算得到電機的轉(zhuǎn)子位置信號Gs和電機轉(zhuǎn)速ω ^
[0016] (2. 3)定子電流isABmE經(jīng)過靜止坐標變換，得到α -β子平面定子電流i sjP i sP， zl-z2-z3子平面定子電流iszl、isz2和i sz3，如式（3)所示；
[0017]
[0018] 式中靜止坐標變換陣[TJ如下所示： CN 105119546 A 3/11 貝
[0019]
[0020] (2. 4)通過旋轉(zhuǎn)變換[T2s2J，將α -β子平面定子電流isa和i s{!變換到同步坐標 系下的d、q軸電流isd和i sq，其計算公式如式（5)所示；
[0021]
[0022] 式中，9s為電機的轉(zhuǎn)子位置信號；
[0023] (2. 5)設(shè)定電機轉(zhuǎn)速給定值4，電機轉(zhuǎn)速給定值4與步驟2. 2得到的電機轉(zhuǎn)速 作減法運算，得到轉(zhuǎn)速誤差信號△ ω y即，將轉(zhuǎn)速誤差信號△ CoiJt入轉(zhuǎn) 速PI調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，得到參考電流信號
[0024] (2. 6)將d軸電流給定值匕設(shè)為0,即ζ廣0 ;將&與步驟4得到的d軸電流 isd作減法運算，得到d軸電流誤差彳目號Δ i sd，即Afirf=L 將步驟5得到的q軸參考 電流信號與步驟4得到的q軸電流isq作減法運算，得到q軸電流誤差信號Δ i sq，即
[0025] (2. 7)將電流誤差信號Δ isd和Δ i sq分別送入電流PI控制器進行調(diào)節(jié)，得到參考 電壓信號 <和<;
[0026] (2. 8)將參考電壓和<送入二次旋轉(zhuǎn)變換M( Θ s)，得到參考電壓信號％和^
[0027]
[0028] (2. 9)根據(jù)不同的控制目標對zl-z2_z3子平面的iszl、isz2、isz3進行調(diào)節(jié)，得到 Zl-z2-z3子平面電壓參考信號142和;
[0029] (2. 10)將步驟2.8得到的同步坐標系下的d、q軸參考電壓·^和f作反同步坐標 變換，得到兩相靜止坐標系下的電壓參考信號?ζ;:和$，即：
[0030]
[0031] (2. 11)將步驟2. 10和步驟2.9分別得到的電壓參考信號<"、%、V^、 和送入到靜止坐標反變換[TJ \即可產(chǎn)生所需要的脈沖信號SABe和Sdef，將脈沖信號進 行處理，用于驅(qū)動雙三相永磁同步電機的功率開關(guān)器件；開關(guān)器件可以是IGBT，但不限于 此；
[0032] (12)針對其它缺相情況，均可按照步驟2. 1-2. 11實現(xiàn)不對稱雙三相永磁同步電 機的容錯控制。
[0033] 進一步地，所述步驟2. 9包括以下子步驟：
[0034] (2. 9. 1)若以定子銅耗最小為控制目標，將z 1-ζ2-ζ3子空間的電流給定設(shè)為零， 即L:= i sz/= i m/= 0 ;若以定子電流幅值最小為控制目標，zl-z2-z3子空間必有電流 注入，基于總磁勢不變原理計算出各相電流的表達式，再將各相電流表達式乘以靜止坐標 變換矩陣[TJ得到相應的zl-z2- Z3子空間的參考電流iszl' isz/和i sz3%
[0035] (2. 9. 2)將步驟 2. 9. 1 得到的 iszl' isz/和 i sz/與步驟 2. 4 得到的 i szl、isz2 和isz；3分別進行減法運算，得到zl_z2_z3軸電流誤差彳目號Δ i szl、Δ isz2和Δ i sz3，即
[0036] (2· 9· 3)將步驟2· 9· 2所獲得的電流誤差信號Δ iszl、Δ isz2和Δ i sz3分別送入PI 調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，得到zl-z2-z3子平面電壓參考信號、V；；2和。
[0037] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于：本發(fā)明在d-q子平面提出了雙三相永 磁同步電機各種缺相情況下的統(tǒng)一模型，在此基礎(chǔ)上引入2次旋轉(zhuǎn)變換，實現(xiàn)d-q子平面電 壓方程的解耦?；诮y(tǒng)一模型提出以定子銅耗最小或定子電流最小為目標的容錯控制方 法，能實現(xiàn)不對稱電機的解耦控制，有效地減少故障下電磁轉(zhuǎn)矩的脈動，穩(wěn)定電機轉(zhuǎn)速，從 而實現(xiàn)雙三相永磁同步電機的容錯控制，大大提高雙三相永磁同步電機系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0038] 圖1為雙三相永磁同步電機結(jié)構(gòu)圖；
[0039] 圖2為雙三相永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)硬件圖；
[0040] 圖3為雙三相永磁同步電機矢量控制框圖；
[0041] 圖4為雙三相永磁同步電機F相斷相正常矢量控制時五相電流波形圖；
[0042] 圖5為雙三相永磁同步電機F相斷相正常矢量控制時電磁轉(zhuǎn)矩圖；
[0043] 圖6為雙三相永磁同步電機F相斷相正常矢量控制時轉(zhuǎn)速圖；
[0044] 圖7為雙三相永磁同步電機F相斷相以定子電流幅值最小為控制目標時五相電流 波形圖；
[0045] 圖8為雙三相永磁同步電機F相斷相以定子電流幅值最小為控制目標時電磁轉(zhuǎn)矩 圖；
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