一种用于五相容错永磁直线电机的容错控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电机开路故障容错控制方法，特别是五相容错永磁直线电机的控 制方法。适用于航空航天、电动汽车等对电机的可靠性有较高要求的场合。
【背景技术】
[0002] 电机驱动系统发生故障后，电机非对称运行，输出转矩出现明显脉动，噪声明显增 加，系统整体性能恶化，甚至无法工作，严重危害生产安全，因此电机系统故障时的容错能 力非常重要。
[0003] 容错电机是指通过改变绕组方式和定子齿结构，在空间上实现相与相之间的电路 和磁路的独立，从而提高电机带故障运行能力的一类新型电机。容错控制的目标是针对不 同的应用场合对容错电流进行优化设计，使电机在故障状态下的输出转矩尽量平滑。申请 号为201210501105. 6的专利《考虑磁阻转矩影响的五相磁通切换永磁电机容错控制方法》 中通过调整剩余正常相的电流幅值和相位来补偿故障相产生的旋转磁场分量，然后采用电 流滞环实现容错控制。该方法存在开关频率杂乱、噪声大等问题，不适合大功率场合；在《电 机与控制学报》第18卷第6期上发表的《五相永磁同步电机容错控制策略》采用坐标变换 矩阵以及矢量控制方法实现容错电机容错运行，但电机容错运行后的电流不能跟随容错指 令电流，影响电机出转矩能力以及动态性能，浪费逆变器容量，无法有效实现无扰运行。
【发明内容】
[0004] 针对五相容错永磁电机的特性以及该类电机系统开路故障的特点、现有技术中存 在的问题，本发明的目的是克服传统电流滞环逆变器开关频率杂乱、噪声严重的缺点以及 现有电压矢量控制存在电流无法精确跟随、运算复杂的缺陷，提出一种用于五相容错永磁 直线电机的高性能容错控制方法。
[0005] 本发明用于五相容错永磁直线电机的高性能容错控制方法采用如下技术方案：
[0006] 一种用于五相容错永磁直线电机的容错控制方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1，建立五相圆筒型容错永磁直线电机模型；
[0008] 步骤2,当电机A相发生开路故障时，根据电机故障前后的旋转磁动势幅值和相角 不变以及剩余正常相电流幅值相等的原则，再根据相电流和等于零的约束条件，求出故障 后电机容错运行的相电流；
[0009] 步骤3,根据空间机电能量转换原理，由电机容错运行后的相电流计算出基波子 空间的两个正交基，从而得到剩余的四个正常相坐标到两相静止坐标变换的推广派克矩阵 T4s/2s;
[0010] 步骤4,将推广派克矩阵T4s/2s和克拉克变换矩阵C 2s/2，相乘，实现自然坐标系下的 电流到旋转坐标系下的电流变换，然后求出推广派克矩阵的反变换矩阵T 2s/4s和克拉克反变 换矩阵cW2s的乘积，实现旋转坐标下的电压到自然坐标下的指令电压的变换；
[0011] 步骤5,将指令电压和各相反电势相加得到自然坐标系下的电机各相期望相电 压；
[0012] 步骤6,所述期望相电压经电压源逆变器CPWM调制实现五相容错永磁电机故障后 无扰容错运行。
[0013] 进一步，所述步骤2中，容错运行的相电流为：
【主权项】
1. 一种用于五相容错永磁直线电机的容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，建立五相圆筒型容错永磁直线电机模型； 步骤2,当电机A相发生开路故障时，根据电机故障前后的旋转磁动势幅值和相角不变 以及剩余正常相电流幅值相等的原则，再根据相电流和等于零的约束条件，求出故障后电 机容错运行的相电流； 步骤3,根据空间机电能量转换原理，由电机容错运行后的相电流计算出基波子空间的 两个正交基，从而得到剩余的四个正常相坐标到两相静止坐标变换的推广派克矩阵T4s/2s; 步骤4,将推广派克矩阵T4s/2s和克拉克变换矩阵C 2s/&相乘，实现自然坐标系下的电流 到旋转坐标系下的电流变换，然后求出推广派克矩阵的反变换矩阵T2s/4s和克拉克反变换矩 阵Cw2s的乘积，实现旋转坐标下的电压到自然坐标下的指令电压的变换； 步骤5,将指令电压和各相反电势相加得到自然坐标系下的电机各相期望相电压； 步骤6,所述期望相电压经电压源逆变器CPWM调制实现五相容错永磁电机故障后无扰 容错运行。
2. 根据权利要求1所述的用于五相容错永磁直线电机的容错控制方法，其特征在于， 所述步骤2中，所述容错运行的相电流为：
式中，（)、?分别是旋转坐标系下d轴、q轴的电流指令。
3. 根据权利要求1所述的用于五相容错永磁直线电机的容错控制方法，其特征在于， 所述步骤3中，所述正交基为：
其中，TnT2S两个正交基。
4. 根据权利要求1所述的用于五相容错永磁直线电机的容错控制方法，其特征在于， 所述步骤3中，所述的推广派克矩阵为：
5. 根据权利要求1所述的用于五相容错永磁直线电机的容错控制方法，其特征在于， 还包括：当其它某一相发生故障时，只需将自然坐标系逆时针旋转I* (k = 0、l、2、3、4)电 角度，使故障前电机A相所在自然坐标系的a轴和电机故障后电机故障相所在的轴线重合 且方向一致，然后将克拉克变换矩阵改为：
6.根据权利要求1所述的用于五相容错永磁直线电机的容错控制方法，其特征在于， 所述控制方法还适用于五相容错永磁旋转电机控制系统。
【专利摘要】本发明公开了一种用于五相容错永磁直线电机的容错控制方法，根据电机故障前后旋转磁动势幅值和相角不变以及正常相电流幅值相等的原则，计算出容错电流。根据空间机电能量转换原理，获得基波子空间的两个正交基，推导推广派克变换矩阵，实现电压和电流的坐标变换；将指令电压和各相反电势相加得电机自然坐标系下的各相期望相电压；所述期望相电压经电压源逆变器CPWM调制实现五相容错永磁电机故障后无扰容错运行。本发明在保证电机某一相开路故障前后电机输出推力或转矩一致的前提下，不但能有效抑制电机推力或转矩脉动，而且更为关键的是能使电机在故障时的动态性能和正常时一致，实现电机高动态性能容错运行，且算法具有一定的通用性。
【IPC分类】H02P21-00, H02P21-14, H02P25-06
【公开号】CN104682820
【申请号】CN201510075347
【发明人】周华伟, 刘国海, 谢莹, 陈龙
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月12日