串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法与流程

技术特征：

1.一种串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法，其特征在于：具体应用于单逆变器供电六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统，该方法包括如下步骤，

S1：利用T₆正交变换矩阵，将包括缺失相的六个输入电流i_sA～i_sF变换为αβ坐标中i_αi_β及xy坐标系中i_xi_y：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\\ i_x\\ i_y\\ i_{o1}\\ i_{o2}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{3}}\left[\begin{array}{cccccc}1& \frac{1}{2}& -\frac{1}{2}& -1& -\frac{1}{2}& \frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}& 0& -\frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ 1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}& 1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}& 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ \frac{1}{\sqrt{2}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{sA}\\ i_{sB}\\ i_{sC}\\ i_{sD}\\ i_{sE}\\ i_{sF}\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，i_o1、i_o2为两个零序电流；由于六相电机缺失一相，且三相绕组具有中心点，所有串联的两台电机驱动系统只有4个自由度可控制，由于需要对两台电机的定子磁链、电磁转矩进行闭环控制，占用了4个自由度，所以两个零序轴系上变量是不受控制的；

S2：利用公式(2)、i_αi_β、六相电机转子磁链ψ_f1及六相电机转子位置角θ_r1计算出αβ平面六相电机定子磁链ψ_sαψ_sβ；

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}\\ {\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{L}_{s\mathrm{\σ}1}+3L_{sm1}+3L_{rs1}\cos \left(2{\mathrm{\θ}}_{r1}\right)& 3L_{rs1}\sin \left(2{\mathrm{\θ}}_{r1}\right)\\ 3L_{rs1}\sin \left(2{\mathrm{\θ}}_{r1}\right)& L_{s\mathrm{\σ}1}+3L_{sm1}-3L_{rs1}\cos \left(2{\mathrm{\θ}}_{r1}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]+\sqrt{3}{\mathrm{\ψ}}_{f1}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{cos\θ}}_{r1}\\ {\mathrm{sin\θ}}_{r1}\end{array}\right]---\left(2\right)$

L_sm1＝0.5(L_dm1+L_qm1)，L_rs1＝0.5(L_dm1-L_qm1)，L_dm1、L_qm1分别为六相电机相绕组主磁路的直、交轴电感，L_sσ1为六相电机相绕组漏电感；

利用公式(3)、i_xi_y、三相电机转子磁链ψ_f2及三相电机转子位置角θ_r2计算出xy平面三相电机定子磁链ψ_sxψ_sy：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{sx}\\ {\mathrm{\ψ}}_{sy}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}2L_{s\mathrm{\σ}2}+3L_{sm2}+3L_{rs2}\cos \left(2{\mathrm{\θ}}_{r2}\right)& 3L_{rs2}\sin \left(2{\mathrm{\θ}}_{r2}\right)\\ 3L_{rs2}\sin \left(2{\mathrm{\θ}}_{r2}\right)& 2L_{s\mathrm{\σ}2}+3L_{sm2}-3L_{rs2}\cos \left(2{\mathrm{\θ}}_{r2}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_x\\ i_y\end{array}\right]+\sqrt{3}{\mathrm{\ψ}}_{f2}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{cos\θ}}_{r2}\\ {\mathrm{sin\θ}}_{r2}\end{array}\right]---\left(3\right)$

L_sm2＝0.5(L_dm2+L_qm2)，L_rs2＝0.5(L_dm2-L_qm2)，L_dm2、L_qm2分别为三相电机相绕组主磁路的直、交轴电感，L_sσ2为三相电机相绕组漏电感；

S3：判断αβ平面六相电机定子磁链ψ_sαψ_sβ矢量所处αβ平面扇区编号θ_1si；判断xy平面三相电机定子磁链ψ_sxψ_sy矢量所处xy平面扇区编号θ_2si；

S4：根据αβ平面六相电机定子磁链ψ_sαψ_sβ及定子磁链幅值给定经六相电机磁链滞环比较器，输出控制αβ平面六相电机定子磁链幅值的变量φ_e1：

${\mathrm{\φ}}_{e1}=\left\{\begin{array}{cc}1& \left|{\mathrm{\ψ}}_{s1}^{*}\right|-\sqrt{{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}^2}\>0\\ 0& \left|{\mathrm{\ψ}}_{s2}^{*}\right|-\sqrt{{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}^2+{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}^2}\<0\end{array}\right.$

根据xy平面三相电机定子磁链ψ_sxψ_sy及定子磁链幅值给定经三相电机磁链滞环比较器，输出控制xy平面三相电机定子磁链幅值的变量φ_e2：

${\mathrm{\φ}}_{e2}=\left\{\begin{array}{cc}1& \left|{\mathrm{\ψ}}_{s2}^{*}\right|-\sqrt{{\mathrm{\ψ}}_{sx}^2+{\mathrm{\ψ}}_{sy}^2}\>0\\ 0& \left|{\mathrm{\ψ}}_{s2}^{*}\right|-\sqrt{{\mathrm{\ψ}}_{sx}^2+{\mathrm{\ψ}}_{sy}^2}\<0\end{array}\right.$

S5：利用公式(4)、i_αi_β及ψ_sαψ_sβ计算六相电机电磁转矩T_e1；

T_e1＝p₁(ψ_sαiβ-ψ_sβi_α) (4)

其中，p₁为六相电机磁极对数；

利用公式(5)、i_xi_y及ψ_sxψ_sy计算三相电机电磁转矩T_e2；

T_e2＝p2(ψ_sxi_y-ψ_syi_x) (5)

其中，p₂为三相电机磁极对数；

S6：将六相电机电磁转矩T_e1及其给定值送给六相电机转矩滞环比较器，输出控制六相电机电磁转矩变量τ_e1，

${\mathrm{\τ}}_{e1}=\left\{\begin{array}{cc}1& T_{e1}^{*}-T_{e1}\≥+{\mathrm{\ϵ}}_{m1}\\ -1& T_{e1}^{*}-T_{e1}\≤-{\mathrm{\ϵ}}_{m1}\end{array}\right.$

其中，ε_m1为六相电机转矩滞环环宽，其值可以根据实际六相电机转矩控制误差需要设置；

将三相电机电磁转矩T_e2及其给定值送给三相电机转矩滞环比较器，输出控制三相电机电磁转矩变量τ_e2，

${\mathrm{\τ}}_{e2}=\left\{\begin{array}{cc}1& T_{e2}^{*}-T_{e2}\≥+{\mathrm{\ϵ}}_{m2}\\ -1& T_{e2}^{*}-T_{e2}\≤-{\mathrm{\ϵ}}_{m2}\end{array}\right.$

其中，ε_m2为三相电机转矩滞环环宽，其值可以根据实际三相电机转矩控制误差需要设置；

S7：将τ_e1、φ_e1、θ_1si、τ_e2、φ_e2、θ_2si同时送给最优开关矢量表，获得一组剩余健康5相逆变桥最优开关组合，通过逆变器作用于缺失一相输入的六相串联三相永磁同步电机驱动系统，实现两台电机定子磁链幅值误差及电磁转矩误差为0控制目标。

2.根据权利要求1所述的串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法，其特征在于：所述步骤S6中，六相电机电磁转矩给定值和三相电机电磁转矩给定值视具体两台电机控制变量而定，具体的：若控制的是电磁转矩，则系统直接给定；若控制的是转速，则两台电机速度控制器分别输出转矩给定和若控制的是转子位置角，则两台电机位置控制器输出即为转矩给定和

3.根据权利要求1所述的串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，αβ平面六相电机定子磁链ψ_sαψ_sβ和xy平面三相电机定子磁链ψ_sxψ_sy也能够利用定子磁链的电压模型进行计算，利用电压模型的定子磁链典型计算如下：

步骤S21：利用T₆正交变换矩阵，将包括缺失相的六个输入电压u_AO～u_FO变换为αβ坐标中u_sαu_sβ及xy坐标系中u_sxu_sy：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{s\mathrm{\α}}\\ u_{s\mathrm{\β}}\\ u_{sx}\\ u_{sy}\\ u_{so1}\\ u_{so2}\end{array}\right]=\frac{1}{\sqrt{3}}\left[\begin{array}{cccccc}1& \frac{1}{2}& -\frac{1}{2}& -1& -\frac{1}{2}& \frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}& 0& -\frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ 1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}& 1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}& 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\\ \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}\\ \frac{1}{\sqrt{2}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}& \frac{1}{\sqrt{2}}& -\frac{1}{\sqrt{2}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{AO}\\ u_{BO}\\ u_{CO}\\ u_{DO}\\ u_{EO}\\ u_{FO}\end{array}\right]$

其中，u_so1、u_so2为两个零序电压；

步骤S22：根据公式(6)、i_αi_β计算出αβ平面六相电机定子磁链ψ_sαψ_sβ；

$\left[\begin{array}{c}{u}_{s\mathrm{\α}}\\ u_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{R}_{s1}{i}_{\mathrm{\α}}\\ R_{s1}{i}_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]+\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}\\ {\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right]---\left(6\right)$

αβ平面六相电机定子磁链ψ_sαψ_sβ：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}=\∫(u_{s\mathrm{\α}}-R_{s1}{i}_{\mathrm{\α}})dt\\ {\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}=\∫(u_{s\mathrm{\β}}-R_{s1}{i}_{\mathrm{\β}})dt\end{array}\right.$

其中，R_s1为六相电机相绕组电阻；

根据公式(7)、i_xi_y计算出xy平面三相电机定子磁链ψ_sxψ_sy；

$\left[\begin{array}{c}{u}_{sx}\\ u_{sy}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}(R_{s1}+2R_{s2})i_x\\ (R_{s1}+2R_{s2})i_y\end{array}\right]+L_{s\mathrm{\σ}1}\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{i}_x\\ i_y\end{array}\right]+\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{sx}\\ {\mathrm{\ψ}}_{sy}\end{array}\right]---\left(7\right)$

xy平面三相电机定子磁链ψ_sxψ_sy：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{sx}=-L_{s\mathrm{\σ}1}{i}_x+\∫\[u_{sx}-(R_{s1}+2R_{s2})i_x\]dt\\ {\mathrm{\ψ}}_{sy}=-L_{s\mathrm{\σ}1}{i}_y+\∫\[u_{sy}-(R_{s1}+2R_{s2})i_y\]dt\end{array}\right.$

其中，R_s2为三相电机相绕组电阻。