本发明属于电机控制领域，具体涉及一种双永磁同步电机容错控制系统及其控制方法。
背景技术：
双电机的协同驱动系统已经开始广泛应用于矿井、冶金、港口等诸多行业，以改善传统单电机驱动可靠性较低，控制性能差，系统机械传动机构复杂，单台电机功率要求较高等问题。众所周知，在交流电机驱动系统当中，功率变换器中的电力电子器件是最容易发生故障的环节，一旦开关器件发生故障，整个控制系统会丧失正常工作的能力，因此，需要一个行之有效的容错运行方案，可以保证故障发生时控制器具有不间断稳定运行的能力，确保航空航天、军事领域等重要场合的安全运行，避免灾难性的后果，减小一般民用场合的经济损失。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种双永磁同步电机容错控制系统及其控制方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双永磁同步电机容错控制系统，包括控制器、连接于三相永磁同步电机m1和三相永磁同步电机m2的双电机容错逆变器；
双电机容错逆变器包括六路并联在公共直流电源上的逆变器桥臂，每路逆变器桥臂均由两个功率开关管串联组成，同一逆变器桥臂上的两个功率开关管之间为逆变器桥臂中点，三相永磁同步电机m1的三相绕组分别通过晶闸管连接其中三个逆变器桥臂的中点，三相永磁同步电机m2的三相绕组分别通过晶闸管连接另外三个逆变器桥臂的中点，三相永磁同步电机m1的三相绕组分别与三相永磁同步电机m2的三相绕组之间连接有一个晶闸管；
其中控制器包括电流传感器、速度传感器以及依次相连的速度调节模块、第一pi控制器、电流调节模块、第二pi控制器、第一abc/dq变换模块、容错控制模块和pwm产生单元；
电流传感器通过第二abc/dq变换模块连接至电流调节模块，电流传感器用于采集两个三相永磁同步电机的三相电流信号，通过第二abc/dq变换模块得到交轴反馈电流iq1、iq2和直轴反馈电流id1、id2并传送至电流调节模块；
速度传感器连接于速度调节模块和第一abc/dq变换模块，速度传感器用于采集两个三相永磁同步电机的速度信号和转角信号，并分别传送至速度调节模块和第一abc/dq变换模块；
第一abc/dq变换模块连接于容错控制模块，容错控制模块连接于pwm产生单元，pwm产生单元连接于逆变器桥臂，用于传送功率开关管的控制信号。
进一步的，双电机容错逆变器包括并联在公共的直流电源上的逆变器桥臂a、逆变器桥臂b、逆变器桥臂c、逆变器桥臂d、逆变器桥臂e和逆变器桥臂f；三相永磁同步电机m1的第一相绕组a1通过晶闸管v1与逆变器桥臂a的中点相连；三相永磁同步电机m1的第二相绕组b1通过晶闸管v2与逆变器桥臂b的中点相连；三相永磁同步电机m1的第三相绕组c1通过晶闸管v3与逆变器桥臂c的中点相连；
三相永磁同步电机m2的第一相绕组a2通过晶闸管v4与逆变器桥臂d的中点相连；三相永磁同步电机m2的第二相绕组b2通过晶闸管v5与逆变器桥臂e的中点相连；三相永磁同步电机m2的第三相绕组c2通过晶闸管v6与逆变桥臂f的中点相连。
进一步的，逆变器桥臂a与逆变器桥臂d通过晶闸管v7相连；逆变器桥臂b与逆变器桥臂e通过晶闸管v8相连；逆变器桥臂c与逆变器桥臂f通过晶闸管v9相连。
进一步的，功率开关管均采用igbt或mosfet。
进一步的，速度传感器为霍尔传感器，通过检测两个三相永磁同步电机的霍尔信号，霍尔传感器模块检测到的霍尔信号通过中控模块解析为两个三相永磁同步电机的转子位置信号θ1、θ2和两个三相永磁同步电机的实际转速ω1、ω2。
进一步的，容错控制模块为mcu控制器。
一种双永磁同步电机容错控制系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1)、分别获取两个三相永磁同步电机的三相电流、角速度和转角，得到的三相电流通过第二abc/dq变换模块得到交轴反馈电流和直轴反馈电流；
步骤2)、利用给定角速度和步骤1)获取的角速度通过速度调节模块得到角速度误差，角速度误差通过第一pi控制器得到交轴参考电流,利用步骤1)获取的三相电流经过第一abc/dq变换后得到交轴反馈电流和直轴反馈电流；
步骤3)、步骤1)得到的交轴反馈电流和步骤2)得到的交轴参考电流经过电流调节模块得到交轴电流误差；步骤1)得到的直轴反馈电流和步骤2)得到的直轴参考电流经过电流调节模块得到直轴电流误差；
步骤4)、根据步骤3)得到的交轴电流误差和直轴电流误差经过第二pi控制器得到交轴参考电压和直轴参考电压，交轴参考电压和直轴参考电压经过第一dq/abc变换模块后得到两个三相永磁同步电机的三相参考电压；
步骤5)、容错控制模块根据采集到的两个三相永磁同步电机的三相参考电压，判断哪相电桥出现故障，当没有出现故障，则正常控制运行，正常状态下，两个三相永磁同步电机绕组之间连接的晶闸管处于断开状态；当两个三相永磁同步电机的绕组连接的桥臂出现故障，且出现故障的两个桥臂所连接的绕组之间没有通过晶闸管连接，则断开出现故障的电桥的两个功率开关管以及与该故障桥臂连接的晶闸管，同时打开与出现故障的电桥连接的三相永磁同步电机的绕组与另外一个三相永磁同步电机绕组之间连接的进闸管；
计算出容错后的参考电压
进一步的，步骤5)中，具体的：
根据得到的两个三相永磁同步电机的三相参考电压，
当没有出现故障，则正常控制运行，正常状态下，两个三相永磁同步电机绕组之间连接的晶闸管处于断开状态；
当只有其中一个三相永磁同步电机的单相电桥发生故障时，同时关闭出现故障的单相桥臂的两个功率开关管以及与该故障单相桥臂连接的晶闸管；
当只有其中一个三相永磁同步电机的两相或者两相以上的单相桥臂出现故障时，则断开该三相永磁同步电机出现故障的电桥的两个功率开关管以及与该故障桥臂连接的晶闸管，同时打开与出现故障的电桥连接的三相永磁同步电机的绕组与另外一个三相永磁同步电机绕组之间连接的进闸管，从而共用一个桥臂，两个电机同步运行；
当两个三相永磁同步电机的绕组连接的桥臂均出现故障，且出现故障的两个桥臂所连接的绕组之间没有通过晶闸管连接，则断开出现故障的电桥的两个功率开关管以及与该故障桥臂连接的晶闸管，同时打开与出现故障的电桥连接的三相永磁同步电机的绕组与另外一个三相永磁同步电机绕组之间连接的进闸管；
当两个三相永磁同步电机至少有一组通过晶闸管连接的两个绕组所连接的桥臂都出现故障时，不能进行容错，电机停止工作。
进一步的，当a相桥臂发生故障后，晶闸管v1打开，晶闸管v7闭合，将三相永磁同步电机m1的a1相桥臂与三相永磁同步电机m2的a2相桥臂连接起来，功率开关管t1、t2保持开路状态，避免电源短路，参考电压如下公式：
进一步的，当a相电桥发生故障后，若电桥e、f中有一相或者两相以发生故障时，发生故障的电桥上的晶闸管打开，与之相连正常电桥的晶闸管闭合，将三相永磁同步电机m1、m2连接在正常点桥上，发生故障的功率开关管保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式：
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种双永磁同步电机容错系统及其控制方法，通过将两个三相电机的绕组与双电机容错逆变器通过晶闸管连接，同时将两个三相电机的绕组之间分别通过晶闸管连接，通过检测两个三相永磁同步电机的三相参考电压，当检测到某一桥臂的开关管发生开路故障或短路故障后，断开对应的晶闸管切断电路连接，打开与之相连接桥臂的晶闸管，实现拓扑结构的重构；然后根据故障后重构的双逆变器驱动系统的数学模型，计算得到容错后的参考电压，以实现由正常运行到故障后容错运行的切换。当双逆变器中某一个开关器件出现开路故障后，能够实现有效的容错运行；当双逆变器中某一个开关器件出现短路故障后，能够实现有效的容错运行；当双永磁同步电机的逆变器某一个开关器件出现故障后，不需要外部附加开关器件，以实现故障拓扑结构的重构；本发明提出的双永磁同步电机容错系统及其控制方法可以大大简化双永磁同步电机的容错运行程序；只需改变逆变器的拓扑结构以及相应的参考值就可以完成双永磁同步电机系统由正常运行到故障后容错运行的切换，大大降低了整个系统的复杂性。
附图说明
图1为本发明双永磁同步电机容错控制系统驱动结构图；
图2本发明的系统控制框图
图3为具体实施方式中本发明控制方法的流程图；
图4为具体实施方式中本发明任意单相电桥容错的控制策略流程图；
图5为具体实施方式中本发明单个电机的两相或者两相以上电桥容错的控制策略流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1至图5所示，一种双永磁同步电机容错控制系统，包括控制器、连接于三相永磁同步电机m1和三相永磁同步电机m2的双电机容错逆变器；
双电机容错逆变器包括六路并联在公共直流电源上的逆变器桥臂，每路逆变器桥臂均由两个功率开关管串联组成，同一逆变器桥臂上的两个功率开关管之间为逆变器桥臂中点，三相永磁同步电机m1的三相绕组分别通过晶闸管连接其中三个逆变器桥臂的中点，三相永磁同步电机m2的三相绕组分别通过晶闸管连接另外三个逆变器桥臂的中点，三相永磁同步电机m1的三相绕组分别与三相永磁同步电机m2的三相绕组之间连接有一个晶闸管；
其中控制器包括电流传感器、速度传感器以及依次相连的速度调节模块、第一pi控制器、电流调节模块、第二pi控制器、第一abc/dq变换模块、容错控制模块和pwm产生单元；
电流传感器通过第二abc/dq变换模块连接至电流调节模块，电流传感器用于采集两个三相永磁同步电机的三相电流信号，通过第二abc/dq变换模块得到交轴反馈电流iq1、iq2和直轴反馈电流id1、id2并传送至电流调节模块；
速度传感器连接于速度调节模块和第一abc/dq变换模块，速度传感器用于采集两个三相永磁同步电机的速度信号和转角信号，并分别传送至速度调节模块和第一abc/dq变换模块；
第一abc/dq变换模块连接于容错控制模块，容错控制模块连接于pwm产生单元，pwm产生单元连接于逆变器桥臂，用于传送功率开关管的控制信号。
容错控制模块为mcu控制器。
具体的，双电机容错逆变器包括并联在公共的直流电源上的逆变器桥臂a、逆变器桥臂b、逆变器桥臂c、逆变器桥臂d、逆变器桥臂e和逆变器桥臂f；三相永磁同步电机m1的第一相绕组a1通过晶闸管v1与逆变器桥臂a的中点相连；三相永磁同步电机m1的第二相绕组b1通过晶闸管v2与逆变器桥臂b的中点相连；三相永磁同步电机m1的第三相绕组c1通过晶闸管v3与逆变器桥臂c的中点相连；
三相永磁同步电机m2的第一相绕组a2通过晶闸管v4与逆变器桥臂d的中点相连；三相永磁同步电机m2的第二相绕组b2通过晶闸管v5与逆变器桥臂e的中点相连；三相永磁同步电机m2的第三相绕组c2通过晶闸管v6与逆变桥臂f的中点相连；
逆变器桥臂a与逆变器桥臂d通过晶闸管v7相连；逆变器桥臂b与逆变器桥臂e通过晶闸管v8相连；逆变器桥臂c与逆变器桥臂f通过晶闸管v9相连；
功率开关管均采用igbt或mosfet。
具体的，速度传感器为霍尔传感器，通过检测两个三相永磁同步电机的霍尔信号，霍尔传感器模块检测到的霍尔信号通过中控模块解析为两个三相永磁同步电机的转子位置信号θ1、θ2和两个三相永磁同步电机的实际转速ω1、ω2。
一种双三相永磁同步电机容错控制方法，包括以下步骤：
步骤1)、分别获取两个三相永磁同步电机的三相电流、角速度和转角，得到的三相电流通过第二abc/dq变换模块得到交轴反馈电流和直轴反馈电流；
步骤2)、利用给定角速度和步骤1)获取的角速度通过速度调节模块得到角速度误差，角速度误差通过第一pi控制器得到交轴参考电流,利用步骤1)获取的三相电流经过第一abc/dq变换后得到交轴反馈电流和直轴反馈电流；
步骤3)、步骤1)得到的交轴反馈电流和步骤2)得到的交轴参考电流经过电流调节模块得到交轴电流误差；步骤1)得到的直轴反馈电流和步骤2)得到的直轴参考电流经过电流调节模块得到直轴电流误差；
步骤4)、根据步骤3)得到的交轴电流误差和直轴电流误差经过第二pi控制器得到交轴参考电压和直轴参考电压，交轴参考电压和直轴参考电压经过第一dq/abc变换模块后得到两个三相永磁同步电机的三相参考电压；
步骤5)、容错控制模块根据采集到的两个三相永磁同步电机的三相参考电压，判断哪相电桥出现故障，采取对应的控制策略，计算出容错后的参考电压
步骤一：对系统进行初始化，使用电流传感器和速度传感器分别采集逆变器三相电流信号ia1、ib1、ic1、ia2、ib2和ic2，以及两个三相永磁同步电机的速度信号w1、w2和转角信号θ1、θ2，到主控单元中用于foc算法计算；
步骤二：设定参考速度
步骤三：由步骤一所采集的三相电流信号ia1、ib1、ic1、ia2、ib2、ic2经过abc/dq变换后得到交轴反馈电流iq1、iq2和直轴反馈电流id1、id2；步骤二得到的交轴参考电流
步骤四：交轴电流误差和直轴电流误差经过pi控制器得到交轴参考电压
步骤五：根据三相参考电压，判断哪相电桥出现故障，采取容错控制策略，计算出容错后的参考电压
具体的，步骤5)中，根据得到的两个三相永磁同步电机的三相参考电压，
当没有出现故障，则正常控制运行，正常状态下，两个三相永磁同步电机绕组之间连接的晶闸管处于断开状态；
当只有其中一个三相永磁同步电机的单相电桥发生故障时，同时关闭出现故障的单相桥臂的两个功率开关管以及与该故障单相桥臂连接的晶闸管；
当只有其中一个三相永磁同步电机的两相或者两相以上的单相桥臂出现故障时，则断开该三相永磁同步电机出现故障的电桥的两个功率开关管以及与该故障桥臂连接的晶闸管，同时打开与出现故障的电桥连接的三相永磁同步电机的绕组与另外一个三相永磁同步电机绕组之间连接的进闸管，从而共用一个桥臂，两个电机同步运行；
当两个三相永磁同步电机的绕组连接的桥臂均出现故障，且出现故障的两个桥臂所连接的绕组之间没有通过晶闸管连接，则断开出现故障的电桥的两个功率开关管以及与该故障桥臂连接的晶闸管，同时打开与出现故障的电桥连接的三相永磁同步电机的绕组与另外一个三相永磁同步电机绕组之间连接的进闸管；
当出现一相桥臂出现故障后，采取容错控制的两个电机可以独立控制；当出现单个电机的两相及两相以上桥臂出现故障后，采取容错控制的两个电机必须同速同向运行。
当两个三相永磁同步电机至少有一组通过晶闸管连接的两个绕组所连接的桥臂都出现故障时，不能进行容错，电机停止工作。
1)、若没有出现故障：两个三相三相永磁同步电机分别由两个常规的foc控制方式产生参考电压：
2)、当其中一个三相永磁同步电机的单相电桥发生故障时，计算出容错后的参考电压
当a相桥臂发生故障后，晶闸管v1打开，晶闸管v7闭合，将三相永磁同步电机m1的a1相桥臂与三相永磁同步电机m2的a2相桥臂连接起来，功率开关管t1、t2保持开路状态，避免电源短路，参考电压如下公式：
当b相桥臂发生故障后，晶闸管v2打开，晶闸管v8闭合，将三相永磁同步电机m1的b1相桥臂与三相永磁同步电机m2的b2相桥臂连接起来，功率开关管t3、t4保持开路状态，避免电源短路，参考电压如下公式：
当c相桥臂发生故障后，晶闸管v3打开，晶闸管v9闭合，将三相永磁同步电机m1的c1相桥臂与三相永磁同步电机m2的c2相桥臂连接起来，功率开关管t5、t6保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式如下公式：
当d相桥臂发生故障后，晶闸管v4打开，晶闸管v7闭合，将三相永磁同步电机m2的a2相桥臂与三相永磁同步电机m1的a1相桥臂连接起来，功率开关管t7、t8保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式如下公式：
当e相桥臂发生故障后，晶闸管v5打开，晶闸管v8闭合，将三相永磁同步电机m2的b2相桥臂与三相永磁同步电机m1的b1相桥臂连接起来，功率开关管t9、t10保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式如下公式：
当f相桥臂发生故障后，晶闸管v6打开，晶闸管v9闭合，将三相永磁同步电机m2的c2相桥臂与三相永磁同步电机m1的c1相桥臂连接起来，功率开关管t11、t12保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式如下公式：
3)、当出现逆变器的两相或者两相以上的电桥出现故障后，根据容错控制策略计算出容错后的参考电压
当a、b、c电桥中有两相或者两相以上桥臂发生故障后，晶闸管v1、v2、v3打开，晶闸管v7、v8、v9闭合，将三相永磁同步电机m1的a1、b1、c1相桥臂分别与三相永磁同步电机m2的a2、b2、c2相桥臂连接起来，功率开关管t1、t2、t3、t4、t5和t6保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式：
当d、e、f电桥中有两相或者两相以上桥臂发生故障后，晶闸管v4、v5、v6打开，晶闸管v7、v8、v9闭合，将三相永磁同步电机m2的a2、b2、c2桥臂分别与三相永磁同步电机m1的a1、b1、c1相桥臂连接起来，功率开关管t7、t8、t9、t10、t11和t12保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式：
以上为双三相永磁同步电机系统，出现两相或者两相以上的电桥出现故障后采取的容错策略，而此时双电机驱动系统的两个电机必须同速同向进行控制。
4)、当两个三相永磁同步电机的绕组连接的桥臂均出现故障，且出现故障的两个桥臂所连接的绕组之间没有通过晶闸管连接：
当a相电桥发生故障后，若电桥e、f中有一相或者两相以发生故障时，发生故障的电桥上的晶闸管打开，与之相连正常电桥的晶闸管闭合，将三相永磁同步电机m1、m2连接在正常点桥上，发生故障的功率开关管保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式：
当b相电桥发生故障后，若电桥d、f中有一相或者两相以发生故障时，发生故障的电桥上的晶闸管打开，与之相连正常电桥的晶闸管闭合，将三相永磁同步电机m1、m2连接在正常点桥上，发生故障的功率开关管保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式：
当c相电桥发生故障后，若电桥d、e中有一相或者两相以发生故障时，发生故障的电桥上的晶闸管打开，与之相连正常电桥的晶闸管闭合，将三相永磁同步电机m1、m2连接在正常点桥上，发生故障的功率开关管保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式：
当d相电桥发生故障后，若电桥b、c中有一相或者两相以发生故障时，发生故障的电桥上的晶闸管打开，与之相连正常电桥的晶闸管闭合，将三相永磁同步电机m1、m2连接在正常点桥上，发生故障的功率开关管保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式：
当e相电桥发生故障后，若电桥a、c中有一相或者两相以发生故障时，发生故障的电桥上的晶闸管打开，与之相连正常电桥的晶闸管闭合，将三项三相永磁同步电机m1、m2连接在正常点桥上，发生故障的功率开关管保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式：
当f相电桥发生故障后，若电桥a、b中有一相或者两相以发生故障时，发生故障的电桥上的晶闸管打开，与之相连正常电桥的晶闸管闭合，将三项三相永磁同步电机m1、m2连接在正常点桥上，发生故障的功率开关管保持开路状态，避免电源短路，参考电压如式：
而当不同电机同时出现的同相电桥故障，如a电桥和d电桥(b和e、c和f)出现故障时，无法进行容错。
双电机系统的参考电压