一种永磁电机的智能控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电机控制技术的领域，尤其是涉及一种永磁电机的智能控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术、电力传动技术的日益发展，电机控制系统现已得到了广泛的 应用。与电励磁电机相比，永磁电机，特别是稀土永磁电机具有结构简单，运行可靠；体积 小，质量轻；损耗小，效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，因而应用范围 极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。但近几年，随着新 能源、永磁电机以及科技的不断发展，很多永磁电机控制场合对其动态性能、环境适应力、 可靠性以及智能化上提出了较高的要求。
[0003] 目前永磁电机控制方法仍存在一些不足或待改进之处：其可靠性不够高，当系统 出现绕组开路故障时无法很好地进行检测与诊断，不能实现高容错运行特性；此外，需采用 传统的位置检测器，不仅增加了系统成本，而且系统抗干扰能力和环境适应能力也不够高； 同时采用传统的速度PI控制器，系统的抗扰动能力不够好。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种永磁电机的智能控制 方法，使其简单易行，能够使具有智能化、高可靠性、低成本、抗干扰能力强等特点，使之适 用于对动态性能、环境适应力以及可靠性要求较高的电驱动场合。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种永磁电机的智能控制方法，该方法步骤如 下：
[0006] (1)通过霍尔传感器采集永磁驱动电机两套绕组（绕组a、b、c和绕组x、y、z)中 各自的电流ia、ib、i。和ix、iy、iz，然后将其分别通过abc/dq变换器得到d-q坐标系下各自 实际电流值idl、iqJPid2、iq2;
[0007] (2)将采集的电流ia、ib、UPix、iy、iz，以及经过Park反变换得到电压Ua八Uf^ 和Ua/、Ufi/,分别通过位置观测器1和位置观测器2得到永磁驱动电机的转子位置估计信 号0JP0 2，以及速度信号转子机械角速度
[0008] (3)给逆变器1和逆变器2分别供给直流母线电压VDei和VDe2，将给定转速《 /和 反馈的速度《 & ? 分别送入滑模控制器1和滑模控制器2进行处理，分别得到具有抗扰动 能力和自适应能力强的电流i/和i/，再将给定的d-q轴电流i/、i/以及i/、id/分别 送入预测控制器1和预测控制器2,其中i/= 0、id/= 0,同时将上一次输出的d_q轴电压 Udl*(k-l)、Uql*(k_l)和1^〇^-1)、1^〇^-1)以及上一次反馈回来的电流idl(k_l)、iql(k_l) 和id2(k_l)、iq2(k_l)分别一同送入预测控制器1和预测控制器2,得到预测出的d_q轴电 压U/ (k)、U/ (k)和Ud/ (k)、U/ (k)，其预测表达式为：
[0009] Udl*(k) =A1Idl (k-1)+A2idl*(k)+A3Iql (k-1)+A4Udl*(k-1)
[0010] Uql* (k) =B1Iql (k-l)+B2iql*(k)+B3idl(k_l)+B4Uql* (k-1)
[0011] Ud2* (k) =C1id2 (k-1) +C2id2* (k) +C3iq2 (k-1) +C4Ud2* (k-1)
[0012] Uq2*(k) =DiidD+Dd/GO+Dd^k-D+DW/Gc-l)
[0013] 其中，k为第k个控制周期，k-1表示第k-1个周期，即上一个周期，U/(k)、U/(k) 和1^/(1〇、Uq/(k)分别为预测出的第k个控制周期的d-q轴电压，i/(k)、i/(k)和id/(k)、 iq2*(k)分别为第k个控制周期内给定的d-q轴电流，八1為為、八4为1]/(1〇的调节参数，81、 B2、B3、B4SU/(k)的调节参数，Q、C2、C3、(：4为Ud/(k)的调节参数，D2、D3、04为Uq/(k) 的调节参数，根据电机自身不同的特性决定；
[0014](4)将预测控制器1和预测控制器2得到的预测出的d-q轴电压U/(k)、U/(k) 和Ud/(k)、U/(k)分别经过Park反变换得到电压Ual'Uf^和Ua2'Ufi2'再送入电压空间 矢量脉宽调制（SVPffM)中得到各自功率管开通、关断的脉宽调制信号，再分别通过逆变器1 和逆变器2输出电机的各相电流来控制电机跟随给定信号智能运行；
[0015] (5)通过故障诊断器与余度通信功能，对控制系统是否存在开路故障进行诊断与 处理，根据开路故障诊断方法，如果诊断出发生开路故障，则切除故障态的一套绕组（绕组 a、b、c或绕组x、y、z)，同时通过余度通信功能向正常的一套绕组发送故障信号，增加正常 的一套绕组的输出功率，使其由故障前输出的50%功率变为故障后输出100%的功率，其 中所述的开路故障诊断方法的具体步骤为：
[0016] (5. 1)将采集到的电流ia、ib、i。、ix、iy、iz分别代入各相电流诊断方程处理得到各 相的电流诊断值，其各相电流诊断方程为：
[0018] 其中，/f#D% /广s_e、Zfpmse、/，_、、/f分别为各相电流对应的电 流诊断值，f为电机的运行频率；
[0019] (5. 2)将处理得到的各相电流诊断值，代入开路故障诊断方程处理得到各相绕组 是否出现开路的表示值，其开路故障诊断方程为：
[0021] 其中，&为各相绕组是否出现开路的表示值，g=a，b，c，x，y，z;其值为0表示出 现开路，为1表示正常；
[0022] (5. 3)根据处理得到的各相绕组是否出现开路的表示值，代入开路故障处理方程 得到开路故障态时应切除哪一套绕组的表示值，其开路故障处理方程为：
[0025] 其中，S1为是否应切除绕组a、b、c这一套绕组的表示值，S2为是否应切除绕组x、 y、z这一套绕组的表示值，其值为0表示应该切除，为1表示不切除。
[0026] 与现有技术相比，本发明的主要优势在于：
[0027] 本发明提供了一种永磁电机的智能控制方法，其采用电机的两套绕组分别通过滑 模控制器、预测控制器、逆变器进行电动状态带动负载运行，采用位置观测器，无需传统的 位置检测器，降低了系统成本和增强了系统的抗干扰能力和环境适应能力，在速度调节中 采用了滑模控制器来代替传统的速度PI控制器，增加了系统的抗扰动能力，最后还增加了 余度通信、故障诊断器，能分别对控制系统是否存在绕组开路故障进行诊断与处理。本发明 简单易行，具有智能化、高可靠性、低成本、抗干扰能力强等特点，适用于对动态性能、环境 适应力以及可靠性要求较高的电驱动场合。
【附图说明】
[0028] 图1为一种永磁电机的智能控制方法原理框图。
【具体实施方式】
[0029] 以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明，以便本领域的技术人员更 好地理解本发明。
[0030] 如图1所示，是本发明所述的一种永磁电机的智能控制方法的【具体实施方式】，其 具体实施步骤为：
[0031] (1)通过霍尔传感器采集永磁驱动电机两套绕组（绕组a、b、c和绕组x、y、z)中 各自的电流ia、ib、i。和ix、iy、iz，然后将其分别通过abc/dq变换器得到d-q坐标系下各自 实际电流值idl、iqJPid2、iq2;
[0032] (2)将采集的电流ia、ib、UPix、iy、iz，以及经过Park反变换得到电压Ua八Uf^ 和Ua/、Ufi/,分别通过位置观测器1和位置观测器2得到永磁驱动电机的转子位置估计信 号0JP0 2，以及速度信号转子机械角速度
[0033] (3)给逆变器1和逆变器2分别供给直流母线电压UPVDC2，将给定转速《 /和 反馈的速度《 & ? 分别送入滑模控制器1和滑模控制器2进行处理，分别得到具有抗扰动 能力和自适应能力强的电流i/和i/，再将给定的d_q轴电流i/、i/以及i/、id/分别 送入预测控制器1和预测控制器2,其中i/= 0、id/= 0,同时将上一次输出的d_q轴电压 Udl*(k-l)、Uql*(k_l)和1^〇^-1)、1^〇^-1)以及上一次反馈回来的电流idl(k_l)、iql(k_l) 和id2(k_l)、iq2(k_l)分别一同送入预测控制器1和预测控制器2,得到预测出的d_q轴电 压U/ (k)、U/ (k)和Ud/ (k)、U