] 圖9為雙三相永磁同步電機(jī)F相斷相以定子電流幅值最小為控制目標(biāo)時(shí)轉(zhuǎn)速圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明顯。
[0048] 圖1為雙三相永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。從定子繞組的分布可以看出，定子繞組由 兩套常規(guī)的三相繞組ABC和DEF組成，每套繞組都是Y型連接，相應(yīng)的內(nèi)部繞組在空間上 互差120°，而兩套三相繞組對(duì)應(yīng)相之間的夾角為30°。因此從硬件電路的設(shè)計(jì)上講，雙 三相永磁同步電機(jī)是一個(gè)六相系統(tǒng)，為了使定子磁鏈和永磁體磁鏈相互作用產(chǎn)生恒定電磁 轉(zhuǎn)矩，每套Y形繞組內(nèi)的相繞組電流相位相差120°，Y形繞組之間對(duì)應(yīng)的相電流相位相差 30°。不失一般性，本發(fā)明以F相缺相為研究對(duì)象，說(shuō)明基于不對(duì)稱雙三相永磁同步電機(jī)統(tǒng) 一模型的容錯(cuò)控制方法，對(duì)于其它缺相情況后面以表格形式給出。如圖2所示，本發(fā)明中兩 套Y形繞組的中性點(diǎn)N和Ν'連接在一起且連接到母線電壓中點(diǎn)電位上，各相電流相互獨(dú)立。 雙三相電機(jī)系統(tǒng)采用電壓源逆變器供電，驅(qū)動(dòng)主電路由兩組三相系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路共直流母線 并聯(lián)而成，其中5相定子繞組中流過(guò)5個(gè)相互獨(dú)立的電流。
[0049] 參照?qǐng)D3,基于不對(duì)稱雙三相永磁同步電機(jī)統(tǒng)一模型的容錯(cuò)控制方法，所述不對(duì)稱 雙三相永磁同步電機(jī)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(yīng) 的內(nèi)部繞組在空間上互差120°，兩套三相繞組對(duì)應(yīng)相之間的夾角為30°，兩套Y形繞組的 中性點(diǎn)相連且連接到母線電壓中點(diǎn)電位上，各相電流相互獨(dú)立；該方法包括以下步驟：
[0050] (1)在d、q子平面建立不對(duì)稱雙三相永磁同步電機(jī)統(tǒng)一模型，統(tǒng)一模型如下式所 示：
[0051]
[0052] 式中Ud、Uq、id、i q分別為d、q軸電壓、電流分量；R s、Lms分別為定子電阻、互感；Φ f 為電機(jī)永磁體磁鏈幅值；Θ 3為電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)；ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速；I I a I I、I I β I I分別為 矢量[α ]、[ β ]的范數(shù)；P為微分算子d/dt ;
[0053] 其中矢量[α ]、[ β ]根據(jù)如下原則確定：
[0054] 根據(jù)斷相情況去掉[α 1]、[β 1]向量中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)并選擇耗使得[α ] [β ]τ= 〇， 得到[α]、[β]。
[0055]
[0056] 式中樹(shù)（i = A, ···，F(xiàn))表示定子電流相位角；
[0057] (2)基于步驟1建立的統(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(biāo) 的控制方法，包括以下步驟：
[0058] (2. 1)當(dāng)F相缺相時(shí)，利用電流傳感器采集定子側(cè)AB⑶E相繞組電流isABmE，利用單 相電壓傳感器采集直流母線電壓信號(hào)V d。；
[0059] (2. 2)利用增量型光電編碼器采集轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖信號(hào)，并經(jīng)過(guò)DSP的QEP模塊處 理，計(jì)算得到電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)Gs和電機(jī)轉(zhuǎn)速ω I
[0060] (2. 3)定子電流isABeDE經(jīng)過(guò)靜止坐標(biāo)變換，得到α - β子平面定子電流i ^和i sP， zl-z2-z3子平面定子電流iszl、isz2和i sz3，如式（3)所示；
[0061]
[0062] 式中靜止坐標(biāo)變換陣[TJ如下所示：
[0063]
[0064] 式中1/3主要是和電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)幅值不變約束變換陣相對(duì)應(yīng)，將缺相前后的電 磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式統(tǒng)一起來(lái)；
[0065] 靜止坐標(biāo)變換陣[TJ推導(dǎo)過(guò)程如下：
[0066] 根據(jù)斷相情況去掉下列向量中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)得到[α ]、[ β ]:
[0067]
[0068] 式中_表示定子電流相位角，i = A,…，F(xiàn) ;
[0069] 為了滿足[0][0^=0，必須滿足下式：
[0070]
[0071] 其中j表示剩余相；以F相斷相為例，j = A,…E，求得φ〇=〇;
[0072]
[0073] 為了將上變換矩陣表示成正交陣，人為地增加三個(gè)不涉及能量轉(zhuǎn)換的零序分量， 由于兩套繞組的中性點(diǎn)不隔離且連接到母線電壓的中性點(diǎn)上，各相電流之間相互獨(dú)立，所 以他們對(duì)應(yīng)的正交變換矢量zl、ζ2、ζ3可以通過(guò)如下方法求得：
[0074]
[0075] 易知[zl]-[z2]-[z3]也代表[TJ的零空間基礎(chǔ)解系，因此通過(guò)Matlab的"null" 函數(shù)輕易得到。對(duì)于F相斷相的雙三相永磁同步電機(jī)有：
[0076]
[0077] 式中1/3主要是和電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)幅值不變約束變換陣相對(duì)應(yīng)，將缺相前后的電 磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式統(tǒng)一起來(lái)。
[0078] 針對(duì)其它斷相情況，可按照上述方法，去掉[α?]、[β?]向量中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)得到 [α]、[β]，求得相應(yīng)的ζ矢量，構(gòu)成相對(duì)應(yīng)的靜止坐標(biāo)變換[TJ。需要注意的是靜止坐標(biāo) 變換后電壓、電流矢量中的變量數(shù)與剩余相相數(shù)N相同（2 < N < 5)，極端情況下電機(jī)只剩 下兩相，此時(shí)電壓、電流經(jīng)靜止坐標(biāo)變換后將不存在ζ子平面的分量，只有isa、i s{!。
[0079] (2. 4)通過(guò)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(biāo) 系下的d、q軸電流isd和i sq，其計(jì)算公式如式（10)所示；
[0080]
[0081] 式中，9s為電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)；
[0082] (2. 5)設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速給定值 <，電機(jī)轉(zhuǎn)速給定值fif與步驟2. 2得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速 作減法運(yùn)算，得到轉(zhuǎn)速誤差信號(hào)Δ ω y即-，將轉(zhuǎn)速誤差信號(hào)Δ CoiJt入轉(zhuǎn) 速PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到參考電流信號(hào)^。
[0083] (2. 6)將d軸電流給定值G設(shè)為0,即〇二0 ;將匕與步驟2. 4得到的d軸電流 U乍減法運(yùn)算，得到d軸電流誤差信號(hào)Δ i sd，即-1;將步驟2. 5得到的q軸參考 電流信號(hào)ζ與步驟2. 4得到的q軸電流isq作減法運(yùn)算，得到q軸電流誤差信號(hào)Δ i sq，即
[0084] (2. 7)將電流誤差信號(hào)Δ isd和Δ i sq分別送入電流PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到參考 電壓信號(hào) <和V。其中，電流PI控制器的設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)速PI控制器相同；
[0085] (2. 8)將參考電壓沁和V，送入二次旋轉(zhuǎn)變換Μ( Θ s)，得到參考電壓信號(hào) < 和 V
[0086]
[0087] 式中I I a I I、I I β I I表示矢量α、β的范數(shù)，針對(duì)F相斷相I I a I I2= 3、I I β I I 2 =2〇
[0088] 進(jìn)行二次旋轉(zhuǎn)變換Μ( Θ s)的依據(jù)如下：
[0089] 無(wú)論雙三相永磁同步電機(jī)斷相與否定子電壓和磁鏈方程可寫(xiě)成如下形式：
[0090]
[0091] 式中[uj、[is]和[Φ」為相電壓、相電流和相磁鏈?zhǔn)噶浚籟Rs]、[L sJ和[F(0r)] 為電阻、電感和磁鏈系數(shù)矩陣；Φ f為永磁體磁鏈幅值；P為微分算子d/dt ;
[0092] 將變換矩陣[TJ、[TJ 1運(yùn)用于式（12)電機(jī)定子電壓和磁鏈方程：
[0093]
[0094] 得到α - β子平面下的雙三相永磁同步電機(jī)模型：
[0095]
[0096] 式中usa、Usfi、isa、i sP、Φ α、Φ ρ、Lsa、Lsfi分別為α、β軸定子電壓、電流、磁鏈 和電感分量；Lls、L nis為定子漏感和互感；
[0097] zl-z2_z3 子平面：
[0098]
[0099] 式中 uszl、usz2、Usz3分別為 zl、z2、z3 軸定子電壓；i szl、isz2、isz3分別為 zl、z2、z3 軸定子電流；
[0100] 在a - β子平面下Lls遠(yuǎn)小于Lms與電阻Rs，為簡(jiǎn)化問(wèn)題忽略Lls的影響，將傳統(tǒng) 旋轉(zhuǎn)變換[T2s2J及其逆變換[T &2s]運(yùn)用于a用于子平面下方程可得d、q子平面下電機(jī)方 程：
[0101]
[0102] 從上式可以看出：d、q軸方程之間存在著較強(qiáng)的耦合，不利于控制器設(shè)計(jì)，在等式 兩邊同乘以Μ( Θ )的逆矩陣…1 ( Θ )，引入新的控制變量Um、Un，減少耦合的影響；可以得到
[0104] 從式（16)、（17)可知，無(wú)論何種斷相情況均可通過(guò)求取相應(yīng)的I I a I I、I I β I I2值 得到相應(yīng)的電機(jī)模型；同時(shí)也可以看出在出現(xiàn)一相或多相故障后，經(jīng)過(guò)兩次旋轉(zhuǎn)變換才可 以得到完全解耦的電壓方程。
[0105] 所以步驟2. 7得到的參考電壓信號(hào) <和V \還需將其轉(zhuǎn)換成參考電壓信號(hào)V；；和 <才能運(yùn)用到電機(jī)上，即：
[0106]
[0107] (2. 9)根據(jù)不同的控制目標(biāo)對(duì)Zl-z2-z3子平面的iszl、isz2、i sz3進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到 Zl-z2-z3子平面電壓給定信號(hào)，其具體步驟如下：
[0108] (2. 9. 1)若以定子銅耗最小為控制目標(biāo)，由于Zl-z2-z3子空間的電流不參與到機(jī) 電能量轉(zhuǎn)換，只產(chǎn)生銅耗，所以將