一种用于风力发电变桨系统的位置故障容错驱动控制方法与流程

技术特征：

1.一种用于风力发电变桨系统的位置故障容错驱动控制方法，其特征在于，

步骤1：在永磁同步电机运行时，对电机的电磁参数加以检测，检测的内容包括：电机的三相电流、alpha-beta坐标系下的电压以及母线电压、电机的实际位置信号以及旋转变压器的正余弦信号；

步骤2：在永磁同步电机在有位置传感器条件下正常运行时，实时计算电机状态信息，包括：实际转速、预估位置、预估速度、预估反电势；

步骤3：判断永磁同步电机的位置工作状态，并根据工作状态灵活切换有位置和无位置二者之间驱动控制系统的平稳切换；

步骤4：建立无位置传感器矢量控制双闭环条件下永磁同步电机驱动控制方法；

步骤5：在永磁同步电机正常运行时位置传感器输出信号出现故障后，实时将永磁同步电机从有实际位置和转速反馈的矢量控制系统中切换成为利用估算位置和速度信号的无传感器矢量控制模式；当故障信号解除以后，实时将系统从无传感器矢量控制模式切换回有位置矢量控制模式。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电变桨系统的位置故障容错驱动控制方法，其特征在于，在采用步骤1采集的电流信号ia(n),ib(n)，经过dq轴逆park变换输出的电压信号ualpha(n)，ubeta(n)，通过spi串口获得的电机实际位置信号theta(n)，以及旋变输出正余弦信号sin(n)和cos(n)。

3.根据权利要求1所述的用于风力发电变桨系统的位置故障容错驱动控制方法，其特征在于，在采用步骤2计算电机状态变量时，利用了二阶非奇异终端滑模观测器方法来预估电机磁链，首先电机状态模型描述为：

$p\hat{x}=A\hat{x}+Bu+C\·u_{smo}---\left(1\right)$

定义：x＝[i,ψ]^T，i＝[i_α,i_β]^T，u＝[u_α,u_β]^T，ψ＝[ψ_α,ψ_β]^T，其中p＝d/dt为微分算子，I为单位矩阵，J为单位逆矩阵。

C＝[I,C₃]^T

$u_{smo}=\frac{R_s}{L_q}I\·\stackrel{\‾}{i}-{\∫}_0^t\[\frac{q}{\mathrm{\γ}p}{\stackrel{\·}{\stackrel{\‾}{l}}}^{2-p/q}+(l_g+{\mathrm{\η}}_1)\mathrm{sgn}\left(s\right)+{\mathrm{\η}}_{2}s\]d\mathrm{\τ}$

将公式(1)所得预估磁链方程模型离散化，得到预估磁链在静止坐标系下的数值为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}}\left(n\right)={\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}}(n-1)-T_s\·\[{\mathrm{\ω}}_{re}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}}(n-1)+L_q(u_{smo\mathrm{\α}}+k\·u_{smo\mathrm{\β}})\]\\ {\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}}\left(n\right)={\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}}(n-1)+T_s\·\[{\mathrm{\ω}}_{re}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}}(n-1)+L_q(k\·u_{smo\mathrm{\α}}-u_{smo\mathrm{\β}})\]\end{array}---\left(2\right)$

然后，根据滑模观测器得到的磁链，构建锁相环结合前馈控制的方法获得位置信号，锁相环误差信号可以表示为：

$E_{rr}\left(n\right)={\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}}\left(n\right)cos\left({\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re}\right)-{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}}\left(n\right)sin\left({\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re}\right)={\mathrm{\ψ}}_{m}sin({\mathrm{\θ}}_{re}-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re})\≈{\mathrm{\ψ}}_m\mathrm{\Δ}{\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re}\left(n\right)---\left(3\right)$

该误差信号和位置信息有关，为了增强对负载扰动的抑制能力，锁相环结合前馈获得位置和速度的方法如下：

$\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\ω}}}_{re}\left(n\right)={\widehat{\mathrm{\ω}}}_{re}(n-1)+k_p\[E_{rr}\left(n\right)-E_{rr}(n-1)\]+T_s\·\[k_1{I}_q+k_i\·E_{rr}\left(n\right)\]\\ {\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re}\left(n\right)={\widehat{\mathrm{\θ}}}_{re}(n-1)+T_s\·{\widehat{\mathrm{\ω}}}_{re}\left(n\right)\end{array}---\left(4\right)$

4.根据权利要求1所述的用于风力发电变桨系统的位置故障容错驱动控制方法，其特征在于，在采用步骤3对位置状态进行评判时，利用三重机制加以综合判断，

A、电机系统在正常工作状态时，电机始终工作接收上位机的指令，当指令正确时，发出的正确信号存储在微处理器的寄存器中；

B、电机在有位置正常工作状态下，在每个软件开关周期采集位置信号，估计采用10个计算周期，分别得到θ_re(n+T_s),θ_re(n+2T_s),θ_re(n+3T_s),…,θ_re(n+9T_s),θ_re(n+10T_s)，分别计算第一个相邻时刻以及最大相邻时刻的采样周期的位置数值，

δ₁＝|θ_re(n+2T_s)-θ_re(n+T_s)|

δ₂＝|θ_re(n+10T_s)-θ_re(n+T_s)|

当角度偏差满足δ₁＞ε₁,δ₂＞ε₂时，系统产生故障信号；反之，系统正常工作；

C、电机外部检测的正余弦信号，利用微处理器的AD形成正弦和余弦信号的计数脉冲，当正余弦脉冲生产的任意一个pwm脉冲不在输出信号时，判断为系统发生故障。

5.根据权利要求1所述的用于风力发电变桨系统的位置故障容错驱动控制方法，其特征在于，无传感器矢量控制系统由电流环、速度环双闭环构成，检测A和B相电流，构成Clark、Park变换，不同之处在于利用检测的静止坐标系下的电压和电流信号，构建反电势观测器，并估算对应的位置和速度信号，用来参与电流以及速度闭环运算。

6.根据权利要求3或4所述的用于风力发电变桨系统的位置故障容错驱动控制方法，其特征在于，电机位置在检测的过程中发现故障以后，按照以下方法进行转换：

(1)当电机处于转速超过某一设定阈值时，预估位置和实际位置直接切换；预估速度和实际速度也直接切换；

(2)当电机转速低于设定阈值时，通入直流电，使得电机定位在A相零位处，然后以VVVF的控制方式启动，使得电机转速超过设定阈值。