一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电气传动技术领域，涉及一种容错控制方法，特别是涉及一种电动汽 车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着能源危机和环境污染的日益加重，电动汽车成为未来汽车可持续发展的必然 趋势。电动汽车既承载着向可持续发展转型的重任，同时又肩负着向人们展示激情与形象 的使命。目前，电动汽车采用的电机主要有三相异步电机、开关磁阻电机和永磁同步电机， 其中永磁同步电机由于体积小、功率密度高、效率高、功率因数高等优点使它具有更高的应 用优势。近年来，越来越多的科研单位和企业正在逐渐加快永磁同步电机的研宄与应用。
[0003] 轴向磁场磁通切换永磁（axial field flux-switching permanent magnet， AFFSPM)电机是一种新型的定子永磁型磁通切换电机，它将磁通切换理念和轴向磁场电机 有效地结合起来，如图1所示。所以AFFSPM电机结合了永磁同步电机和磁通切换电机特点， 一方面具有结构简单、体积小、控制灵活等优点；一方面具有高效率、高功率密度等优点。此 夕卜，由于该电机永磁体位于定子并具有独特的聚磁效应，因此可以用相对较少的永磁材料 获得较高的气隙磁密，转子既无绕组也无永磁体，结构简单，轴向长度短，所以非常适合用 作电动汽车轮毂电机。
[0004] 电动汽车运行坏境恶劣，功率变换器是轴向磁场磁通切换永磁电机驱动中最容易 发生故障的薄弱环节。控制器逆变桥最容易发生单相断路故障，目前，对于轴向磁场磁通 切换永磁电机驱动系统容错控制研宄较少，未见相相关文献与报道，由于其应用场合的特 殊性，安全性与可靠性问题尤为重要，容错控制成为研宄重点，容错控制的实现包括故障检 测、识别与隔离三个步骤。故障检测与识别系统成为故障诊断，是容错控制的基础和关键。 功率半导体器件及其控制驱动电路时电机系统中最容易发生故障的薄弱环节。其中功率变 换器故障占整个驱动系统故障的82. 5%。功率变换器通常由功率管开路或短路引起，故障 后电机工作性能下降，甚至丧失工作能力。
【发明内容】
[0005] 技术问题：本发明针对现有技术之不足，在分析轴向磁场磁通切换永磁电机的基 础上，提出了一种能够准确检测电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机功率变换器故障状 态，使其运行在容错状态，并大大提高电动汽车在功率变换器故障状态下安全性能的电动 汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法。
[0006] 技术方案：本发明的轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法，包括以下步骤：
[0007] (1)从电机主电路采集相电流ia、ib、i。、ie、if、ig，对电机进行准确初始位置检测， 从电机编码器上采集信号，送入控制器进行处理，得出转速n和转子位置角0 ;
[0008] (2)将采集的相电流ia、ib、i。、ie、if、ig经跟随、滤波、偏置和A/D转换，然后进行 帕克变换，得到两相旋转坐标系下的第一定子的d轴电流id和第二定子的d轴电流i' d、 第一定子的q轴电流iq和第二定子的q轴电流i' q;
[0009] (3)用给定转速n#减去编码器实测转速n，后得到转速偏差An，将所述转速偏差 An输入速度调节器经比例积分运算后得到转矩参考值：C，将转矩参考值<、母线电压Ud。、 第一定子的d轴电压ud和第二定子的d轴电压u'd、第一定子的q轴电压uq和第二定子的q轴电压u'q、编码器实测转速n和给定转速一输入电流分配器，根据给定相电流与采集到 的相电流的差值判断故障状态，即给定相电流为= ，实测相电流为ik(k= 3，13"44)，则二者差值为八&=/〗-4，当连续两个检测周期内，八￡1;同号，则说明有故 障发生，当轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统状态正常时，进入步骤4)，当轴向磁场磁通 切换永磁电机控制系统发生故障时，进入步骤5);
[0010] ⑷采用irf= 0控制策略，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：
[0011]
【主权项】
1. 一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法，其特征在于，该方法包 括以下步骤： (1) 从电机主电路采集相电流ia、ib、i。、ie、if、ig，对电机进行初始位置检测，从电机编 码器上采集信号，送入控制器进行处理，得出转速n和转子位置角0 ; (2) 将采集的相电流ia、ib、i。、ie、if、ig经跟随、滤波、偏置和A/D转换，然后进行帕克 变换，得到两相旋转坐标系下的第一定子的d轴电流id和第二定子的d轴电流i' d、第一 定子的q轴电流iq和第二定子的q轴电流i' q; (3) 用给定转速n#减去编码器实测转速n，得到的转速偏差An输入速度调节器，经比 例积分运算后得到转矩参考值:C，将转矩参考值2：、母线电压Ud。、第一定子的d轴电压叫和 第二定子的d轴电压u'd、第一定子的q轴电压uq和第二定子的q轴电压u' q、编码器实 测转速n和给定转速一输入电流分配器，根据电流判断故障状态，当轴向磁场磁通切换永 磁电机控制系统状态正常时，进入步骤4)，当轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统发生故 障时，进入步骤5); (4) 采用0控制策略，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：
兵〒，万弟一疋卞的d細电沭穸丐但，11tef73弟一疋子的d轴电流参考值，i为第一定子的q轴电流参考值，i'qMf为第二定子的q轴电流参考值；I^为相电流幅值，9 为相位角； (5) 继续保持id= 0,进行容错控制，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：
(6) 用电流分配器所产生的第一定子的d轴电流参考值idMf减去步骤（2)中的第一定 子的d轴电流id得到电流偏差Aid，用第二定子的d轴电流参考值i' ^^咸去步骤（2)中 的第二定子的d轴电流i'd得到电流偏差Ai'd，用第一定子的q轴电流参考值iqMf减 去步骤（2)中的第一定子的q轴电流iq得到电流偏差△iq，用第二定子的q轴电流参考值 i' _减去步骤⑵中的第二定子的q轴电流i'q得到电流偏差Ai' q，将第一定子的 d轴电流偏差Aid和第二定子的d轴电流偏差Ai'，分别输入d轴电流调节器进行比例 积分运算，得到第一定子的d轴电压ud和和第二定子的d轴电压u'd，将第一定子的q轴 电流偏差Aiq和第二定子的q轴电流偏差Ai' 5分别输入q轴电流调节器进行比例积分 运算，得到第一定子的q轴电压uq和第二定子的q轴电压u'q，然后对所述第一定子的d 轴电压ud、第二定子的d轴电压u'd和第一定子的q轴电压uq、第二定子的q轴电压u'q 共同进行旋转正交-静止两相变换后，得到静止两相坐标系下第一定子的a轴电压ua、第 二定子的a轴电压u'a和第一定子的0轴电压、第二定子的0轴电压u' e，将所述 a轴电压ua、u'。和0轴电压Ufi、u'e分别输入脉冲宽度调制模块，运算输出12路脉 冲宽度调制信号，驱动主功率变换器。
2. 根据权利要求1所述的电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法，其特 征在于，所述步骤6)中的脉冲宽度调制模块为空间矢量脉冲宽度调制模块。
3. 根据权利要求1或2所述的电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方 法，其特征在于，所述步骤3)中判断故障状态的具体方法为：根据给定相电流与采集到的 相电流的差值判断故障状态，即给定相电流为<斤=?，6^,￡，/4)，实测相电流为込& = 3，13"44)，则二者差值为八4=<-4，当连续两个检测周期内，八￡1;同号，则判断电动 汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机有故障发生，否则判断电机状态正常。
【专利摘要】本发明公开了一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法，使轴向磁场磁通切换永磁电机发生单相断路时能够运行在容错状态。根据相电流判断故障状态，当正常运行时，轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制系统采用id＝0控制策略，分配d轴、q轴电流。当发生单相断路故障时，继续保持id＝0，进行容错控制，协调分配d轴、q轴电流，使电机运行在容错状态。一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁容错电机控制系统在单相断路情况下使电机从故障状态切换至容错运行状态，可以有效地减小故障给电机运行带来的影响，从而提高了电机驱动系统的可靠性。
【IPC分类】H02P6-08
【公开号】CN104617827
【申请号】CN201510054387
【发明人】林明耀, 赵纪龙
【申请人】东南大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月2日