一种电机容错故障控制方法及装置与流程
本发明属于机电技术领域，更具体地，涉及一种电机容错故障控制方法及装置。
背景技术：
目前，多相电机在高功率密度、高可靠性领域得到广泛应用，在风电场、电动汽车、船舶推进、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。与三相电机相比，多相电机具有更多的控制自由度，这使得多相电机的控制更加灵活，当多相电机发生一相断路故障后，通过控制算法重新分配各相电流的幅值和相位仍然可以使电机正常运行，且系统额定功率降低较小。
容错工况的六相电机，各相绕组空间分布不再对称，传统空间矢量调制方法不再适用，为解决这一问题，研究人员提出了模型预测控制算法。模型预测控制算法的具体内容是：电机变频器只有有限数量的开关状态，每一种开关状态对电机工作状况的作用影响不一，控制器通过在每一个采样周期计算并预测每一种状态对电机性能的影响，得到使电机最快跟踪运行指令的开关状态，即最佳开关状态，并作用于下一采样周期。在传统的模型预测控制算法中，最佳的开关矢量作用满整个采样周期，即各桥臂功率器件占空比始终保持1或者0。传统模型预测方法并不适用于一般的调制方法，例如正弦波脉宽调制、空间矢量脉宽调制，调制的基础在于对功率器件占空比的计算、调节和分配，当占空比始终为1或0，调制方法无法工作。
综上，传统模型预测方法具有动态性能高的优点，但同时由于算法本身基于穷举变频器开关状态的原理，具有计算量大、电流谐波含量高、稳态性能不好、铜耗大的缺点，难以满足长时间容错工况运行的需求。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决传统模型预测方法由于算法本身基于穷举变频器开关状态的原理，具有计算量大、电流谐波含量高、稳态性能不好、铜耗大的缺点，难以满足长时间容错工况运行的需求的技术问题。
为实现上述目的，一方面，本发明提供一种电机容错故障控制方法，包括以下步骤：
(1)采集当前采样周期下六相电机中非故障的5相电流，并将5相电流转换为解耦坐标系下的5个电流分量，5个电流分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电流分量，和与电磁转矩产生无关的x轴、y轴和0轴电流分量，所述六相电机中有一相电流故障；
(2)使用电机的数学模型和步骤(1)得到的解耦坐标系下的5个电流分量预测下一采样周期下电机各相的相电流值，通过各相电流的指令值和预测得到的下一采样周期下电机各相的相电流，预测下一个采样周期电机控制器输出的最佳电压矢量；
(3)将所述最佳电压矢量转换为解耦坐标系下的5个电压分量，所述5个电压分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电压分量，当所述交、直轴电压分量合成的电压矢量幅值超过限幅值时，将所述电压矢量幅值限制在限幅值，并保持其矢量方向不变，得到解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量；
(4)将步骤(3)得到的解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量变换回到相坐标系中，确定最终的最佳电压矢量，将最终的最佳电压矢量转换为每相占空比，并根据每相占空比调节每相电压的驱动信号进行电机驱动。
本发明使用步骤(2)中的六相电机数学模型，通过步骤(2)中离散化的电压方程，计算由采样电流到参考电流的所需理想电压矢量，通过步骤(3)中的帕克变换阵和克拉克变换阵的逆矩阵，将旋转坐标系下的电压矢量转换到相坐标系下，在步骤(4)中，通过在相坐标系下计算各相桥臂的占空比，结合空间矢量调制方法，实现容错工况下多相电机的驱动控制。
本发明通过预测下一时刻电流值和偏微分求取指令值与实际值差值最小的方法，克服了模型预测控制算法在容错工况下需枚举变频器多种状态带来的计算量大的问题，同时结合限幅值以及最佳电压矢量占空比调制过程，显著降低电流谐波含量，提高了电机控制的精度，提升电机在容错工况下的电流质量。
可选地，所述步骤(1)包括以下步骤：
(1.1)测量电机的电角度θ(k)和电机剩余非故障相的相电流iabcuv(k)，设当前采样周期为k时刻，相电流iabcuv(k)分量为ia,ib,ic,iu,iv，其中a，b，c，u，v分别代表各非故障相的绕组；
(1.2)根据电角度θ(k)计算角速度ωe(k)，其中e代表此转速为电角速度；
(1.3)用测量到的相电流iabcuv(k)通过帕克变换和克拉克变换得到解耦坐标系下的电流idqxy0(k)，解耦的电流分量为id,iq,ix,iy,i0，其中id,iq为与产生电磁转矩相关的直轴和交轴电流分量，ix,iy,i0为与产生电磁转矩无关的电流分量；
克拉克变换阵为tc和帕克变换阵为tp，其中下标c代表克拉克变换阵，p代表帕克变换阵，tc和tp分别表示如下：
其中，i4表示4x4的单位对角矩阵；由相电流变换到解耦的电流的过程如下：
[id,iq,ix,iy,i0]t＝tp·tc·[ia,ib,ic,iu,iv]t，其中上标t表示矩阵的转置。
可选地，所述步骤(2)包括以下步骤：
(2.1)通过k时刻的电流值idqxy0(k)、ωe(k)以及电机的数学模型中的电压方程，预测k+1时刻的电流值idqxy0(k+1)，设下一个采样周期为k+1时刻；
电机的数学模型中用于预测电流的电压方程为：
其中，vd,vq,vx,vy,v0分别为解耦坐标系下的各电压分量，id,iq,ix,iy,i0分别为解耦坐标系下的各电流分量，rs为相电阻值，
将以上电压方程离散化，离散化方法选用前向欧拉法
idqxy0(k+1)＝aidqxy0(k)+bu(k)+c
其中，idqxy0(k+1)＝[id(k+1),iq(k+1),ix(k+1),iy(k+1),i0(k+1)]t，idqxy0(k)＝[id(k),iq(k),ix(k),iy(k),i0(k)]t，u(k)＝[vd,vq,vx,vy,v0]t；a、b、c均为方程的系数，具体为：
通过以上计算得到的idqxy0(k+1)即为预测的k+1时刻的电流值。
(2.2)通过电机转速比例积分控制器(proportionalintegralcontroller，pi)环，由转速指令值和转速测量值生成相电流的指令值
(2.3)将下一时刻的电流idqxy0(k+1)和指令值
其中，g代表标量函数，g(k+1)表示k+1时刻的此标量函数的值；
对标量函数g求k+1时刻各解耦坐标系下的电压分量的偏导数的过程为：
将此方程的解表示为：
vo(k+1)＝[vod(k+1),voq(k+1),vox(k+1),voy(k+1),vo0(k+1)]t，
其中，下标o表示计算得到的此电压矢量为最佳电压矢量，vod(k+1),voq(k+1),vox(k+1),voy(k+1),vo0(k+1)分别为k+1时刻的解耦坐标系下的各个最佳电压分量。
可选地，所述步骤(3)包括以下步骤：
(3.1)通过对vo(k+1)各相相电压通过帕克变换和克拉克坐标变换，解耦坐标系下分离得到参与电磁转矩产生的分量vodq(k+1)：
vodq(k+1)＝[vod(k+1),voq(k+1)]t；
(3.2)设置变频器输出能力限幅值vmax，对vodq(k+1)的幅值进行限制。
变频器输出能力表示为vmax，此vmax一般设置为六相电机正常运行时能输出的最大电压矢量的幅值，
与电磁转矩产生相关的电压分量幅值限制过程如下：
可选地，所述步骤(4)包括以下步骤：
(4.1)将处理之后的最佳电压矢量变换回到相坐标系中，确定最终的最佳电压矢量，并通过以下公式确定各相桥臂功率器件的占空比d(k+1)；
(4.2)通过调制得到电机的驱动信号，输入到六相变频器中，驱动电机运行。
另一方面，本发明提供一种电机容错故障控制装置，包括：
相电流采集单元，用于采集当前采样周期下六相电机中非故障的5相电流，并将5相电流转换为解耦坐标系下的5个电流分量，5个电流分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电流分量，和与电磁转矩产生无关的x轴、y轴和0轴电流分量，所述六相电机中有一相电流故障；
最佳电压矢量确定单元，用于根据电机的数学模型和相电流采集单元采集到的解耦坐标系下的5个电流分量预测下一采样周期下电机各相的相电流值，通过各相电流的指令值和预测得到的下一采样周期下电机各相的相电流，预测下一个采样周期电机控制器输出的最佳电压矢量；
电压矢量限幅单元，用于将所述最佳电压矢量转换为解耦坐标系下的5个电压分量，所述5个电压分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电压分量，当所述交、直轴电压分量合成的电压矢量幅值超过限幅值时，将所述电压矢量幅值限制在限幅值，并保持其矢量方向不变，得到解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量；
占空比调制模块，用于将解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量变换回到相坐标系中，确定最终的最佳电压矢量，将最终的最佳电压矢量转换为每相占空比，并根据每相占空比调节每相电压的驱动信号进行电机驱动。
可选地，所述相电流采集单元，具体用于执行以下步骤：
(1.1)测量电机的电角度θ(k)和电机剩余非故障相的相电流iabcuv(k)，设当前采样周期为k时刻，相电流iabcuv(k)分量为ia,ib,ic,iu,iv，其中a，b，c，u，v分别代表各非故障相的绕组；
(1.2)根据电角度θ(k)计算角速度ωe(k)，其中e代表此转速为电角速度；
(1.3)用测量到的相电流iabcuv(k)通过帕克变换和克拉克变换得到解耦坐标系下的电流idqxy0(k)，解耦的电流分量为id,iq,ix,iy,i0，其中id,iq为与产生电磁转矩相关的直轴和交轴电流分量，ix,iy,i0为与产生电磁转矩无关的电流分量；
克拉克变换阵为tc和帕克变换阵为tp，其中下标c代表克拉克变换阵，p代表帕克变换阵，tc和tp分别表示如下：
其中，i4表示4x4的单位对角矩阵；由相电流变换到解耦的电流的过程如下：
[id,iq,ix,iy,i0]t＝tp·tc·[ia,ib,ic,iu,iv]t，其中上标t表示矩阵的转置。
可选地，所述最佳电压矢量确定单元，具体用于执行以下步骤：
(2.1)通过k时刻的电流值idqxy0(k)、ωe(k)以及电机的数学模型中的电压方程，预测k+1时刻的电流值idqxy0(k+1)，设下一个采样周期为k+1时刻；
电机的数学模型中用于预测电流的电压方程为：
其中，vd,vq,vx,vy,v0分别为解耦坐标系下的各电压分量，id,iq,ix,iy,i0分别为解耦坐标系下的各电流分量，rs为相电阻值，
将以上电压方程离散化，离散化方法选用前向欧拉法
idqxy0(k+1)＝aidqxy0(k)+bu(k)+c
其中，idqxy0(k+1)＝[id(k+1),iq(k+1),ix(k+1),iy(k+1),i0(k+1)]t，idqxy0(k)＝[id(k),iq(k),ix(k),iy(k),i0(k)]t，u(k)＝[vd,vq,vx,vy,v0]t；a、b、c均为方程的系数，具体为：
通过以上计算得到的idqxy0(k+1)即为预测的k+1时刻的电流值。
(2.2)通过电机转速比例积分控制器环，由转速指令值和转速测量值生成相电流的指令值
(2.3)将下一时刻的电流idqxy0(k+1)和指令值
其中，g代表标量函数，g(k+1)表示k+1时刻的此标量函数的值；
对标量函数g求k+1时刻各解耦坐标系下的电压分量的偏导数的过程为：
将此方程的解表示为：
vo(k+1)＝[vod(k+1),voq(k+1),vox(k+1),voy(k+1),vo0(k+1)]t，
其中，下标o表示计算得到的此电压矢量为最佳电压矢量，vod(k+1),voq(k+1),vox(k+1),voy(k+1),vo0(k+1)分别为k+1时刻的解耦坐标系下的各个最佳电压分量。
可选地，所述电压矢量限幅单元，具体用于执行以下步骤：
(3.1)通过对vo(k+1)各相相电压通过帕克变换和克拉克坐标变换，解耦坐标系下分离得到参与电磁转矩产生的分量vodq(k+1)：
vodq(k+1)＝[vod(k+1),voq(k+1)]t；
(3.2)设置变频器输出能力限幅值vmax，对vodq(k+1)的幅值进行限制。
变频器输出能力表示为vmax，此vmax一般设置为六相电机正常运行时能输出的最大电压矢量的幅值，
与电磁转矩产生相关的电压分量幅值限制过程如下：
可选地，所述占空比调制模块，具体用于执行以下步骤：
(4.1)将处理之后的最佳电压矢量变换回到相坐标系中，确定最终的最佳电压矢量，并通过以下公式确定各相桥臂功率器件的占空比d(k+1)；
(4.2)通过调制得到电机的驱动信号，输入到六相变频器中，驱动电机运行。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明不通过采取传统模型预测方法中枚举变频器开关状态的方法，取而代之采取了步骤(2.1)中的预测下一时刻电流值、步骤(2.3)中偏微分求取指令值与实际值差值最小的方法，克服了模型预测控制算法在容错工况下计算量大的特点，同时结合步骤(4.2)中的调制过程实现电流谐波含量大的问题，提升了电机容错故障工况下稳态运行的性能。且该方法具有兼容性，适用于任何对称、非对称六相电机控制性能的提升。
2、本发明在保证电机控制系统的动态性能同时实现了由传统模型预测方法的枚举多次计算减少为本发明中的1次运算，显著减少了处理器的计算量通过采取传统模型预测方法中没有采用的调制占空比过程，显著降低电流谐波含量，提高了电机控制的精度，提升电机在容错工况下的电流质量。
附图说明
图1为本发明提供的电机容错故障控制方法流程示意图；
图2为本发明提供的电机控制主电路拓扑图，其中：vdc表示直流电压源，idc表示母线电流，s1～12表示功率器件及其反向并联二极管，m表示六相电机，iabcuv表示abcuv各相的电流；
图3为本发明提供的电机原理控制框图，其中：
图4为本发明提供的相电流波形，其中图4(a)为传统模型预测方法下的六相电机容错工况的相电流波形，图4(b)为采取本发明方法的六相电机容错工况的相电流波形；
图5为本发明提供的相电流谐波失真分析，其中图5(a)为传统模型预测方法下的六相电机容错工况的一相相电流谐波失真分析，图5(b)为采取本发明方法的六相电机容错工况的相相电流相电流谐波失真分析；
图6为本发明提供的解耦坐标系下的各电流波形，其中图6(a)为统模型预测方法下的六相电机容错工况的解耦坐标系下的各电流波形，图6(b)为采取本发明方法的六相电机容错工况的解耦坐标系下的各电流波形；
图7为本发明提供的电机容错故障控制装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明提供的电机容错故障控制方法流程示意图，如图1所述，包括如下步骤：
(1)采集当前采样周期下六相电机中非故障的5相电流，并将5相电流转换为解耦坐标系下的5个电流分量，5个电流分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电流分量，和与电磁转矩产生无关的x轴、y轴和0轴电流分量，所述六相电机中有一相电流故障。
具体地，测量电机的电角度，测量电机剩余正常相的相电流。由电角度计算得到电机转速，电机的测量转速和转速指令值，通过比例积分控制器，生成电流的指令值。采样得到的各相相电流通过帕克变换和克拉克坐标变换，得到解耦坐标系(即直轴d、交轴q、x轴、y轴、0轴)下的电流分量(下文中仍称变换处理后的电流为电流测量值)。此电流分量包括与电磁转矩产生有关的交、直轴电流分量，和与电磁转矩产生无关的x轴、y轴和0轴电流分量。电流指令值和上述采样及坐标变换得到的电流值，在容错模型中参与下一时刻电流值的预测。
(2)使用电机的数学模型和步骤(1)得到的解耦坐标系下的5个电流分量预测下一采样周期下电机各相的相电流值，通过各相电流的指令值和预测得到的下一采样周期下电机各相的相电流，预测下一个采样周期电机控制器输出的最佳电压矢量。
具体地，通过对控制系统电流的指令值和下一采样周期的预测值的差值求偏微分获取极小值的方法，预测下一个采样周期的控制器输出的最佳电压矢量，通过本步骤得到的电压矢量将使电机系统以最快速度逼近设定的指令值。具体方法为：由当前转速及转速指令值，通过转速控制器pi环，生成下一采样周期各相电流的指令值，通过电机模型由当前时刻的电流测量值预测出下一时刻的电流，将下一时刻的电流和指令值之间的差值作为一个标量的函数，对此函数的各个电流变量求偏微分、计算标量函数的极小值。使得此标量函数取得最小值的解，即为控制器输出的最佳电压矢量。
(3)将所述最佳电压矢量转换为解耦坐标系下的5个电压分量，所述5个电压分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电压分量，当所述交、直轴电压分量合成的电压矢量幅值超过限幅值时，将所述电压矢量幅值限制在限幅值，并保持其矢量方向不变，得到解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量。
具体地，通过求偏微分得到的电压矢量，在电机电流测量值和指令值差值较大的情况下，有可能超出变频器输出的能力范围，故需要对此电压矢量的幅值进行限制。具体方法如下：步骤(2)中计算得到的电压矢量的解为解耦坐标系下的电压矢量，分为与电磁转矩相关的交、直轴电压分量电压，和与电磁转矩不相关的x轴、y轴和0轴电压分量。当交、直轴电压合成的电压矢量幅值超过限幅值的时候，将此矢量幅值限制在限幅值，同时矢量方向保持不变；否则不对此电压矢量处理。x轴、y轴和0轴电压分量因为不参与机电能量转换，故不进行处理。
(4)将步骤(3)得到的解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量变换回到相坐标系中，确定最终的最佳电压矢量，将最终的最佳电压矢量转换为每相占空比，并根据每相占空比调节每相电压的驱动信号进行电机驱动。
具体地，将处理后的电压矢量通过反帕克变换和反克拉克变换回到相坐标系中，通过变换公式将电压矢量转换为每相占空比，并将此占空比通过空间矢量脉宽调制模块(或者基于其他任何调制原理的模块)进行调制，将驱动信号输出至变频器进行电机驱动。
本发明使用六相电机数学模型，计算由采样电流到参考电流的所需理想电压矢量，通过降阶的坐标变换矩阵将旋转坐标系下的电压矢量转换到相坐标系下，计算各相桥臂的占空比，再结合空间矢量调制方法，实现容错工况下多相电机的驱动控制。
可选地，所述步骤(1)包括以下步骤：
(1.1)测量电机的电角度θ(k)和电机剩余非故障相的相电流iabcuv(k)，设当前采样周期为k时刻，相电流iabcuv(k)分量为ia,ib,ic,iu,iv，其中a，b，c，u，v分别代表各非故障相的绕组；
(1.2)根据电角度θ(k)计算角速度ωe(k)，其中e代表此转速为电角速度；
(1.3)用测量到的相电流iabcuv(k)通过帕克变换和克拉克变换得到解耦坐标系下的电流idqxy0(k)，解耦的电流分量为id,iq,ix,iy,i0，其中id,iq为与产生电磁转矩相关的直轴和交轴电流分量，ix,iy,i0为与产生电磁转矩无关的电流分量；
克拉克变换阵为tc和帕克变换阵为tp，其中下标c代表克拉克变换
阵，p代表帕克变换阵，tc和tp分别表示如下：
其中，i4表示4x4的单位对角矩阵；由相电流变换到解耦的电流的过程如下：
[id,iq,ix,iy,i0]t＝tp·tc·[ia,ib,ic,iu,iv]t，其中上标t表示矩阵的转置。
可选地，所述步骤(2)包括以下步骤：
(2.1)通过k时刻的电流值idqxy0(k)、ωe(k)以及电机的数学模型中的电压方程，预测k+1时刻的电流值idqxy0(k+1)，设下一个采样周期为k+1时刻；
电机的数学模型中用于预测电流的电压方程为：
其中，vd,vq,vx,vy,v0分别为解耦坐标系下的各电压分量，id,iq,ix,iy,i0分别为解耦坐标系下的各电流分量，rs为相电阻值，
将以上电压方程离散化，离散化方法选用前向欧拉法
idqxy0(k+1)＝aidqxy0(k)+bu(k)+c
其中，idqxy0(k+1)＝[ia(k+1),ib(k+1),ic(k+1),iu(k+1),iv(k+1)]t，idqxy0(k)＝[ia(k),ib(k),ic(k),iu(k),iv(k)]t，u(k)＝[vd,vq,vx,vy,v0]t；a、b、c均为方程的系数，具体为：
通过以上计算得到的idqxy0(k+1)即为预测的k+1时刻的电流值。
(2.2)通过电机转速比例积分控制器环，由转速指令值和转速测量值生成相电流的指令值
(2.3)将下一时刻的电流idqxy0(k+1)和指令值
其中，g代表标量函数，g(k+1)表示k+1时刻的此标量函数的值；
对标量函数g求k+1时刻各解耦坐标系下的电压分量的偏导数的过程为：
将此方程的解表示为：
vo(k+1)＝[vod(k+1),voq(k+1),vox(k+1),voy(k+1),vo0(k+1)]t，
其中，下标o表示计算得到的此电压矢量为最佳电压矢量，vod(k+1),voq(k+1),vox(k+1),voy(k+1),vo0(k+1)分别为k+1时刻的解耦坐标系下的各个最佳电压分量。
可选地，所述步骤(3)包括以下步骤：
(3.1)通过对vo(k+1)各相相电压通过帕克变换和克拉克坐标变换，解耦坐标系下分离得到参与电磁转矩产生的分量vodq(k+1)：
vodq(k+1)＝[vod(k+1),voq(k+1)]t；
(3.2)设置变频器输出能力限幅值vmax，对vodq(k+1)的幅值进行限制。
变频器输出能力表示为vmax，此vmax一般设置为六相电机正常运行时能输出的最大电压矢量的幅值，
与电磁转矩产生相关的电压分量幅值限制过程如下：
可选地，所述步骤(4)包括以下步骤：
(4.1)将处理之后的最佳电压矢量变换回到相坐标系中，确定最终的最佳电压矢量，并通过以下公式确定各相桥臂功率器件的占空比d(k+1)；
(4.2)通过调制得到电机的驱动信号，输入到六相变频器中，驱动电机运行。
图2为本发明提供的电机控制主电路拓扑图，vdc为母线电压，idc为母线电流，s1～12为各相桥臂的功率器件，c为母线电容，ia,ib,ic,iu,iv,iw为各相桥臂的相电流，其中iw为故障相的相电流，其电流值为0，标有m的圆圈代表电机。
图3本发明提供的电机原理控制框图，转速指令值
1、测量电机的电角度θ(k)，电机剩余正常相相电流iabcuv(k)，计算角速度ωe(k)。通过转速控制器pi环，由转速指令值和转速测量值生成相电流的参考值
2、用测量到的相电流iabcuv(k)通过帕克变换和克拉克变换得到解耦坐标系下的电流idqxy0(k)，再通过电机的数学模型中的电压方程，预测k+1时刻的电流值idqxy0(k+1)。将下一时刻的电流idqxy0(k+1)和指令值
3、通过对vo(k+1)中参与电磁转矩产生分量的分离得到vodq(k+1)，设置变频器输出能力限幅值vmax，对vodq(k+1)的幅值进行限制。
4、将处理之后的最佳电压矢量通过计算公式得到各相桥臂功率器件的占空比d(k+1)。再通过空间矢量脉宽调制(或者基于其他任何调制原理的调制)得到电机的驱动信号，输入到六相变频器中，驱动电机运行。
具体步骤可参照图1所示的方法实施例，在此不做赘述。
在一个具体的示例中，本发明实施例以一个表贴式永磁同步电机进行了实验，与传统模型预测控制算法相比，在额定转速点(100rpm)，电流波形有着明显的改善，相电流波形对比见图4(a)和图4(b)所示，可以观察到通过本发明实施例提供的电机容错故障控制方法或装置得到的相电流波形正弦度提升明显，曲线更为平滑。
图5中为相电流总谐波失真(thd，totalharmonicdistortion)分析，采用本发明提供的容错故障控制方法相比传统方法，本发明将电流总谐波畸变率由19.35％降低至5.96％。因此，说明本发明显著降低故障电机电流谐波含量，提高了电机控制的精度，提升电机在容错工况下的电流质量。
在图6中展示的是解耦坐标系下的电流波形，与传统方法比较，本方法对电流波形的提升也十分显著，电流波形毛刺明显减少，曲线更为平滑。因此，本发明提出的新型的基于模型预测控制算法的多相电机容错工况电流谐波锁抑制方法电机电流波形相比传统方法谐波明显减少，控制性能得到明显提升，是一种高效实用的控制方法。
本发明提供一种基于模型预测控制算法的六相电机容错工况电流谐波抑制方法，适用于六相电机控制系统在一相绕组开路故障的情况。该方法基于模型预测控制，通过电机容错工况下的数学模型，预测每一采样时刻下采取的最优电压矢量，再通过脉宽调制电流控制的方法，输出六相逆变器每一桥臂上的占空比。本发明在不影响电机动态性能的同时，显著降低六相电机一相绕组开路故障容错工况下的相电流电流谐波，对提升电机输出电流质量、降低电机铜耗和提高电机系统的控制性能效果明显。
图7为本发明提供的电机容错故障控制装置结构示意图，如图7所示，包括：相电流采集单元、最佳电压矢量确定单元、电压矢量限幅单元以及占空比调制模块。
相电流采集单元，用于采集当前采样周期下六相电机中非故障的5相电流，并将5相电流转换为解耦坐标系下的5个电流分量，5个电流分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电流分量以及与电磁转矩产生无关的x轴、y轴和0轴电流分量，所述六相电机中有一相电流故障。
最佳电压矢量确定单元，用于根据电机的数学模型和相电流采集单元采集到的解耦坐标系下的5个电流分量预测下一采样周期下电机各相的相电流值，通过各相电流的指令值和预测得到的下一采样周期下电机各相的相电流，预测下一个采样周期电机控制器输出的最佳电压矢量。
电压矢量限幅单元，用于将所述最佳电压矢量转换为解耦坐标系下的5个电压分量，所述5个电压分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电压分量，当所述交、直轴电压分量合成的电压矢量幅值超过限幅值时，将所述电压矢量幅值限制在限幅值，并保持其矢量方向不变，得到解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量。
占空比调制模块，用于将解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量变换回到相坐标系中，确定最终的最佳电压矢量，将最终的最佳电压矢量转换为每相占空比，并根据每相占空比调节每相电压的驱动信号进行电机驱动。
可以理解的是，该装置还可包括更多或者更少的部件，各部件的功能可参照前述图1所示方法实施例中的详细介绍，在此不做赘述。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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