一种轴向磁通切换永磁电机故障容错控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种故障容错控制方法，特别是一种轴向磁通切换永磁电机故障容错 控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着电机在航空、交通军事等领域的应用范围不断扩大，电机驱动系统的可靠性 问题得到了相关领域学者越来越广泛的关注。磁通切换永磁电机（FSPMM)是一种定子永磁 无刷电机，由于转子结构简单坚固，具有高功率密度、高转矩密度和高效率等特点，近年来 得到了学者的广泛研究。
[0003] 东南大学林明耀教授在此基础上提出了一种轴向磁场磁通切换永磁电机 (AFFSPMM)，运种电机转子结构简单，轴向尺寸短，转矩密度高，特别适合直驱电动汽车的驱 动电机要求。但是，为了保证故障情况下电动汽车的安全运行，AFFSPM电机的容错性不可 忽视。近几年，通过模块化结构设计，优化极对数，添加冗余绕组等方式对磁通切换永磁容 错电机的容错性能进行了改进。但关于AFFSPM电机故障状态下的容错控制策略还未被提 出。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种轴向磁通切换永磁电机故障容错控制方 法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0006] -种轴向磁通切换永磁电机故障容错控制方法，其特征在于：检测轴向磁通切换 永磁电机各相绕组实际电流，判断每相绕组是否故障，当正常运行时，采用id= 0的AFFSPM 电机矢量控制系统，使定子电流与转子磁场相互独立；当断路故障时，根据故障开关状态调 节相应故障状态下的其他正常绕组电流；当短路故障时，电流超出极限电流，断开短路故障 相，采取断路故障状态下的容错控制策略。
[0007]进一步地，所述断路故障状态下调节两套正常绕组电流的方法，使得故障状态下 电机的输出转矩性能基本维持正常运行时转矩性能。
[0008]进一步地，所述断路故障状态下调节电流的方法包括，获得S相AFFSPM电机的实 际转速n和转子位置0。，将电机的实际转速n与给定转速11>^行比较，^及对比较信号进 行PI调节后获得给定转矩，根据给定转矩获得电枢电流dq轴分量给定值i/和iq%对获得 的直轴电流给定值i/和交轴电流给定值i。"^通过坐标转换后得到各相绕组电流给定值；
[0009] 正常状态下，AFFSPM电机的S相电流方程：
[0011] 整个磁动势灯MMF)表达式为：
[0012] TMMF=MMFa+MMFb+MMF。 似
[0013] =NIal+ 曰NIbl+ 曰 2NIci+NIa2+ 曰NIb2+ 曰 2NIc2
[0014]
[001引其中：0为电角度，1,1，1,2(j=a,b，C)分别表示定子1和定子2中的相电流，Im为二相电流的幅值，a等于1 ^ 120° ;
[0016] 通过dq/油C转换，电流方程可W表示为：
[0018] 断路故障判断主要类型：
[001引 （1)当Al绕组断路时，假设此时正常运行相的电流幅值为Im'，则相电流的表达式 为：
[002。 其中，a、0分别是BUCl相的偏移电角度。将公式（4)带入似中，得到：
[0023] 为了保持故障前后的TMMF恒定，必须满足下列条件：
[00幼简化成：
[0027] 把公式（7)带入（6)中，可W得到：
[002引所W，当Al绕组发生断路故障时，公式（4)可W写成公式巧），从公式（9)中可W看出，通过改变正常绕组的电流幅值和相位角可W确保磁动势不变；
[00引]若Al绕组正常工作，A2、B1、B2、CUC2任意一绕组发生断路故障时，容错电流调 节公式的推导类似式（4)-巧）；
[0032] (2)当Al和B2绕组断路时，为保持电磁转矩不变，此时电机的电流为：
[0034] 断开A相、B相、C相任意2相中的任一个定子绕组时，容错电流调节公式的推导类 似式（10);
[0035] (3)当Al和A2绕组断路时，为保持电磁转矩不变，此时电机的电流为：
[0037] B相、C相两个定子绕组均发生断路故障时，容错电流调节公式的推导类似式 (11)。
[0038] 进一步地，所述轴向磁通切换永磁电机具有2组电枢绕组，不但提高了电机的输 出转矩，而且当一相电枢绕组出现故障时，可W通过协调控制本组正常电枢绕组和另一组 电枢绕组电流，实现电机故障下的正常运行。
[0039] 本发明与现有技术相比，具有W下优点和效果：本发明的一种轴向磁通切换永磁 电机故障容错控制方法针对运种电机自身结构特点，使得电机不同断路故障前后转矩输出 性能基本不变，为容错运行提供保证，使轴向磁场磁通切换电机具有高可靠性、高功率密 度。
【附图说明】
[0040] 图1是本发明的一种轴向磁通切换永磁电机故障容错控制方法的系统控制框图。
[0041] 图2是轴向磁场磁通切换永磁电机的示意图。
[004引图中1-定子1、2-转子、3-转子极、4-定子2、5-电枢绕组、6-中间齿、7-永磁体、8- "E"型铁屯、、9-定子齿。
[0043] 图3是轴向磁场磁通切换永磁电机的绕组示意图。
[0044] 图4是轴向磁场磁通切换永磁电机正常运行状态下的电流和转矩波形图。
[0045] 图5是轴向磁场磁通切换永磁电机不同断路故障下的转矩波形图。
[0046] 图6是轴向磁场磁通切换永磁电机当发生Al绕组断路故障时进行容错控制之后 的电流和转矩波形图。
[0047] 图7是轴向磁场磁通切换永磁电机当发生Al和B2绕组断路故障时进行容错控制 之后的电流和转矩波形图。
[0048] 图8是轴向磁场磁通切换永磁电机当发生Al和A2绕组开路故障时进行容错控制 之后的电流和转矩波形图。
【具体实施方式】
[0049] 下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，W下实施例是对本发明的解释而 本发明并不局限于W下实施例。
[0050] 本发明的一种轴向磁通切换永磁电机故障容错控制方法，根据检测电流判断故障 的类型，从而对控制策略进行选择。正常运行时，采用id= 0的矢量控制策略；若绕组发生 断路故障，则根据断路故障类型，采取相应容错控制，调节正常绕组的电流；若绕组发生短 路故障，则断开该相应绕组，然后采用相应断路故障的容错控制策略。AFFSPM电机具有2组 电枢绕组，不但提高了电机的输出转矩，而且当一相电枢绕组出现故障时，可W通过协调控 制本组正常电枢绕组和另一组电枢绕组电流，实现电机故障下的正常运行，减少转矩脉动， 提局电机运行性能。
[0051] 图1所示的新型轴向磁场磁通切换永磁电机的容错控制系统。包括：获得=相 AFFSPM电机的实际转速n和转子位置0。;将电机的实际转速n与给定转速n"^行比较，W 及对比较信号进行PI调节后获得给定转矩；根据给定转矩获得电枢电流dq轴分量给定值 i/和i。"^对获得的直轴电流给定值i/和交轴电流给定值i。"^通过坐标转换后得到各相绕 组电流给定值；检测S相AFFSPM电机各相绕组实际电流；根据电机的各相绕组电流变化判 断任一相绕组是否发生断路或短路故障，如无故障，则选择正常运行下的控制策略；若发生 断路故障，则选择容错控制策略，利用不同断路故障状态下相应电流的调节公式得出各相 绕组电流给定值；若检测发生短路故障（即电流超出极限值），则断开该相绕组，采用相应 断路故障状态下的电流调节公式得出各相绕组电流给定值。
[0052] 正常状态下，AFFSPM电机的S相电流方程：
[0054] 整个磁动势灯MMF)表达式为：
[00 巧]TMMF=MMFa+MMFb+MMF。
[0056] =NIai+ 曰NIbi+ 曰 2仍。1+仍。2+ 曰NIb2+ 曰