專利名稱：一種四相永磁容錯電動機的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種四相永磁容錯電動機的控制方法，適用于航空航天、軍事裝備等對可靠 性有很高要求的特殊電氣傳動領(lǐng)域，屬于電力傳動控制的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電動作動器系統(tǒng)是飛行自動控制系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵組成部分，它能否可靠工作直接決 定飛行器是否能安全飛行，因此，高可靠電動作動器的研究受到了航空航天領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。 可靠性技術(shù)的發(fā)展正經(jīng)歷從初級的余度技術(shù)發(fā)展到高級的容錯技術(shù)。四相永磁容錯電動機因 具有高可靠性和容錯性已在國外航空航天領(lǐng)域開始受到廣泛關(guān)注。2004年，Mecrow教授將 研制的四相永磁容錯電機成功應用于飛機的燃油泵系統(tǒng)中，取得了很好的容錯效果，大大地提 高了燃油泵系統(tǒng)的可靠性，從而顯示了四相永磁容錯電機在航空系統(tǒng)中具有強大生命力。但 國內(nèi)對四相永磁容錯電動機及其控制系統(tǒng)的研究很少。針對四相永磁容錯電動機的控制，目前主要有査表法和最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制法兩種方案。兩者 相同之處在于都是通過電流控制器發(fā)生PWM波，實現(xiàn)電樞電流跟蹤參考電流。不同之處在 于二者參考電流的獲得方法不一樣。前者是在采樣轉(zhuǎn)子的位置和直流母線電壓的基礎上在電 動機的特性表上查表而得，后者是通過設定以銅耗最小為目標、零脈動轉(zhuǎn)矩為約束條件的一 個價值函數(shù)而得到各相電流的解析式。査表法雖然簡單易行但電動機的非線性、強耦合和局 部飽和等因素大大降低了電動機特性曲線的精度，特別是在有故障發(fā)生時系統(tǒng)參數(shù)將發(fā)生變 化，從而使該控制方案的調(diào)速性較差。最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制雖然理論上可以實現(xiàn)零轉(zhuǎn)矩波動，但其 對故障信號的辨識精度及數(shù)字信號的運算和處理速度要求很高，因此在工程上很難實現(xiàn)。矢量控制通過空間矢量旋轉(zhuǎn)變換實現(xiàn)了電機電流、磁鏈、轉(zhuǎn)矩的解耦，使交流電機獲得 了同直流電機一樣好的調(diào)速性能。特別地電壓空間矢量控制(SVPWM)是一種適合同步電動機 運行機理、滿足圓形氣隙磁場要求的高性能控制方法，其具有便于數(shù)字實現(xiàn)、開關(guān)損耗小、 逆變器輸出電壓利用率高、諧波成分少及轉(zhuǎn)矩波動小等突出優(yōu)點，是各種應用于變頻傳動 PWM方法中最好的 一種。但是，當缺相故障發(fā)生時，逆變器每一個開關(guān)狀態(tài)對應電機空間電壓矢量與電機參數(shù)和 電機運行的狀態(tài)相關(guān)，所以采用SVPWM方法實現(xiàn)電壓調(diào)制是十分復雜的，即使通過補償后， 空間電壓矢量在空間中的分布規(guī)律也不強，通過計算矢量作用時間來實現(xiàn)PWM調(diào)制十分困難。因此，在正常條件下具有優(yōu)越調(diào)速性能的SVPWM控制在故障條件下并不可行。正是由于SVPWM不適合于故障條件下的系統(tǒng)控制，所以目前的容錯控制系統(tǒng)為了容錯 控制的方便而采用電流調(diào)節(jié)PWM來實現(xiàn)電流的跟蹤。在缺相故障條件下采用電流調(diào)節(jié)PWM 方法是一個權(quán)宜之計，但這種方法工作在正常模式時卻不可避免地表現(xiàn)出穩(wěn)態(tài)性能較差、轉(zhuǎn) 矩波動大、逆變器開關(guān)頻率不固定且功率器件不能充分利用等不足，于是目前的容錯控制系 統(tǒng)雖然兼顧了容錯控制的方便但犧牲了正常工作時系統(tǒng)的性能。因此設計一種控制方案，既 能充分發(fā)揮SVPWM控制在電機正常工作時的優(yōu)越性能，又能夠方便實現(xiàn)故障條件下的電流 跟蹤是容錯控制系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題之一。對SVPWM方法的研究目前主要集中于三相電機系統(tǒng)，也有學者提出了五相電機和六相 電機的SVPWM策略，但從目前公開發(fā)表的文獻看還沒有四相電機的SVPWM控制策略，因 此研究四相永磁容錯電動機的SVPWM控制，不僅可服務于四相永磁容錯電動機的高性能控 制，而且可以直接用于其他四相電動機的控制系統(tǒng)。綜上所述，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎上，在考慮可行性的前提下整合各種先進的控制方法和手 段，設計出一種新的適用于四相永磁容錯電動機的容錯控制方法以實現(xiàn)其高可靠和高精度控 制是非常重要和必要的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)的容錯控制系統(tǒng)為了容錯控制的方便而采用電流調(diào)節(jié)PWM 來實現(xiàn)電流跟蹤而犧牲電動機正常情況下的穩(wěn)態(tài)性能的不足，提出一種應用于四相永磁容錯 電動機的容錯雙?？刂品椒▽崿F(xiàn)其在正常和缺相故障條件下的高性能運行；本發(fā)明的進一步 的目的還在于，針對現(xiàn)有四相永磁容錯電機在高精度和高可靠性控制方面的不足，提出一種 不同于傳統(tǒng)三相系統(tǒng)的SVPWM策略，將其應用于四相永磁容錯電機的控制系統(tǒng)；基于現(xiàn)有 四相永磁容錯電機控制系統(tǒng)計算過分復雜而難于工程實現(xiàn)的不足，提出一種容錯轉(zhuǎn)矩控制策 略，方便地實現(xiàn)其在故障條件下的無擾運行且最大限度地提高其在故障條件下的負載能力。本發(fā)明的技術(shù)解決方案提出一種應用于四相永磁容錯電動機的容錯雙?？刂品椒▽崿F(xiàn) 其在正常和缺相故障條件下的高性能運行；提出了一種四相永磁容錯電動機的空間電壓矢量 脈寬調(diào)制(SVPWM)策略，并巧妙設計了零矢量的插入順序和重合矢量的選擇順序，方便 了DSP的數(shù)字實現(xiàn)；提出一種新穎的容錯轉(zhuǎn)矩控制策略，以形成圓形磁場為目標、以銅耗最小 和最大轉(zhuǎn)矩輸出為約束條件來計算故障條件下各相電流的解析式，再通過電流跟蹤實現(xiàn)其在 故障條件下的無擾運行。本發(fā)明的具體解決方案可通過以下步驟實現(xiàn)(1諏控制周期T值，根據(jù)當前速度的給定值^和當前速度值，對系統(tǒng)進行故障診斷；(2) 當系統(tǒng)處于正常模態(tài)時采用SVPWM策略；(3) 當系統(tǒng)處于缺相故障模態(tài)時采用容錯轉(zhuǎn)矩控制策略，且根據(jù)不同的缺相故障類型采用 的不同的容錯控制方案。本發(fā)明的原理是(1) 本發(fā)明通過故障診斷智能地選擇不同的控制模態(tài)，這樣既保證了電機在正常條件下采 用SVPWM控制的優(yōu)越的穩(wěn)態(tài)性能又實現(xiàn)了電機在缺相故障條件下的電流跟蹤而實現(xiàn)其無擾 運行。(2) 四相永磁容錯電機是一個多變量、非線性且強耦合的復雜系統(tǒng)，借助于空間矢量坐標 變換可以簡化其數(shù)學模型，為實現(xiàn)矢量解耦控制創(chuàng)造條件。假設電機四相繞組對稱分布；氣隙磁場為正弦波；鐵磁部分磁路線性；轉(zhuǎn)子無阻尼繞 組，永磁體沒有阻尼作用；相間互感為零(由于各相實現(xiàn)了電、磁隔離，因此這種假設是合 理的)。則在四相靜止坐標系中的電壓方程可表示為<formula>formula see original document page 7</formula>(1)其中^為定子電樞相繞組；",、^、(x-。，6,c，c/)分別為定子繞組各相的電壓、電流和磁鏈；p為微分算子。磁鏈方程用矩陣表示為<formula>formula see original document page 7</formula>(2)其中，丄 為定子繞組自感系數(shù)且有4^=丄；^為永磁體磁鏈；《為轉(zhuǎn)子軸線與定子^相 繞組軸線夾角的電角度。定義 為轉(zhuǎn)子極對數(shù)，則轉(zhuǎn)矩方程為一sin《 一cos《 sin《 cos ft(3)如圖2所示，定義永磁體基波磁場方向J軸，順著旋轉(zhuǎn)方向超前d軸90度方向為系的軸 為g軸；四相靜止坐標系的軸為^、 5、 C、 Z)， 二相靜止坐標系的軸為a、 y9。 四相瞬時磁勢在二相靜止坐標系的a、 /9軸上的投影變換為，<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 8</formula>(4)即有，<formula>formula see original document page 8</formula>(5)二相靜止磁勢在二相旋轉(zhuǎn)坐標系的rf、《軸上的投影變換為，<formula>formula see original document page 8</formula>(6)于是可得，<formula>formula see original document page 8</formula> (7)令式(7)中的變換陣擴充為單位正交矩陣并記為C有，<formula>formula see original document page 8</formula>(8)C即為從四相靜止坐標系到二相旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩陣。于是，對式(l)、 (2)、 (3)分別進 行坐標變換即可得四相永磁容錯電機在二相旋轉(zhuǎn)坐標系下的電壓方程為磁鏈方程為 轉(zhuǎn)矩方程為另外，轉(zhuǎn)矩平衡方程可表示為；<formula>formula see original document page 8</formula>(9)<formula>formula see original document page 8</formula>(10)<formula>formula see original document page 8</formula>(11)(<formula>formula see original document page 8</formula>12)式中<formula>formula see original document page 8</formula>、分別為定子磁鏈、電流和電感在rf、 g軸上的分量， /為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，？l為負載轉(zhuǎn)矩，5為阻尼系數(shù)。對比式(l)、 (2)、 (3)和(9)、 (10)、 (ll)可以看出，通過坐標變換，電機的數(shù)學模型得到了簡化，實現(xiàn)了四相永磁容錯電磁轉(zhuǎn)矩的解耦。(3) 采用可逆PWM控制的基于H全橋的逆變器共有16種開關(guān)信號的組合，從而構(gòu)成16個基 本電壓空間矢量，其中有4個零矢量，4對重合矢量。本發(fā)明通過設計零矢量的插入順序和重 合矢量的選擇順序?qū)崿F(xiàn)了功率開關(guān)次數(shù)最少。同時，為了使得磁鏈的運動速度平滑，零矢量 不是集中地加入，而是將其平均分成幾點，多點地插入到磁鏈軌跡中去，保證作用時間仍為f。，這樣以便減少電動機的脈動。另外，為了方便DSP的數(shù)字實現(xiàn)，在選擇零矢量和基本電壓空 間矢量時還應做到任意一次電壓空間矢量的變化只有一個橋臂的開關(guān)動作。(4) 容錯轉(zhuǎn)矩控制器以形成圓形磁場為目標，以銅耗最小和輸出轉(zhuǎn)矩最大為約束條件，這 樣消除了缺相條件下電機的原理性轉(zhuǎn)矩形脈動且盡可能提高了電機在故障條件下的負載能 力。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于-(1) 針對正常模式和故障模式分別實施兩種不同方案的控制策略，克服了傳統(tǒng)采用單一的 電流控制模式而使系統(tǒng)在正常工作時不便采用更優(yōu)越的控制方法的不足。(2) 正常工作模式下采用的SVPWM控制策略不僅實現(xiàn)了電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩的解耦，而且 還減小了輸出轉(zhuǎn)矩的脈動和輸出電流的諧波成分，并且還提高了電壓的利用率。(3) 本發(fā)明設計的基于H橋的五段式電壓空間PWM波形實現(xiàn)了功率開關(guān)管的開關(guān)次數(shù)最 少，滿足了任意一次電壓空間矢量的變化只有一個橋臂的開關(guān)動作，做到了零矢量的分別插 入，并且各基本電壓空間矢量的作用時間相同，從而輸出脈動很小的電流且方便了DSP的數(shù) 字實現(xiàn)，成功地將傳統(tǒng)的三相SVPWM技術(shù)用于四相永磁容錯電動機的調(diào)速系統(tǒng)。(4) 本發(fā)明設計的容錯轉(zhuǎn)矩控制器的各相電流的解算以形成圓形磁場為目標，以銅耗最小 和最大轉(zhuǎn)矩輸出為約束條件實現(xiàn)了電機在缺相故障條件下的無擾運行，且方便了工程實現(xiàn)并 盡可能提高了系統(tǒng)在故障條件下的負載能力。


圖l是本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是四相永磁容錯電動機的坐標變化圖；圖3是本發(fā)明方法的總流程圖；圖4是本發(fā)明中系統(tǒng)處于正常模態(tài)時的工作流程圖；圖5是本發(fā)明中系統(tǒng)處于缺相故障模態(tài)時的工作流程圖；圖6是四相永磁容錯電動機基本的電壓空間矢量及其選擇順序圖；圖7是五段式的四相PWM波形在扇區(qū)0、 1、 2、 3中的信號圖；圖8是采用本發(fā)明在正常條件下的轉(zhuǎn)矩輸出波形圖；圖9是采用本發(fā)明在電機缺相條件下的轉(zhuǎn)矩輸出波形圖； 圖10是采用本發(fā)明的速度輸出波形圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明的在實際應用時，利用雙模控制器實現(xiàn)容錯永磁電動機的容錯控制， 當系統(tǒng)正常工作時采用SVPWM控制，當系統(tǒng)缺相故障下采用容錯轉(zhuǎn)矩控制方式。具體步驟 如圖3所示(1) 初始化控制系統(tǒng)的各個參數(shù)，取控制周期T值，通過上位機獲取當前速度的給定值^ ;(2) 對系統(tǒng)進行故障診斷；(3) 當故障檢測到系統(tǒng)無故障時系統(tǒng)采用SVPWM控制；(4) 當故障檢測到系統(tǒng)有故障時系統(tǒng)采用容錯轉(zhuǎn)矩控制。如圖4所示，當故障檢測到系統(tǒng)無故障時系統(tǒng)采用SVPWM控制，其步驟為① 給定轉(zhuǎn)速^與實際反饋W作差，得到轉(zhuǎn)速誤差AW;② AW經(jīng)過轉(zhuǎn)速控制器，得到《軸給定電流值^，同時給定6/軸電流值^=0;③ 々坐標系中d軸與g軸給定電流分別與其反饋電流作差，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下的兩相電流誤差； d軸與《軸電流誤差經(jīng)過電流PI調(diào)節(jié)器得到兩坐標系兩相電壓4和K,;⑤根據(jù)下列公式(13)，計算由兩相電壓^、 ^結(jié)合轉(zhuǎn)子位置角反饋e經(jīng)兩/a-坐標變換得到坐標系下的兩相電壓、 ;卞-cos《一sin《《力,-sin《cos《(13)⑥ ^re/、 JV《作為期望電壓矢量進行SVPWM調(diào)制，發(fā)出發(fā)脈沖輸入四相H全橋逆變 器，進而驅(qū)動四相永磁容錯電動機；⑦ 根據(jù)下列公式(14)，四相定子電流/。、 4、 4、 G經(jīng)過W^/c^坐標變換得到/a、 ^4 (14)⑧ 根據(jù)下列公式(15)，兩相電流^、 ^結(jié)合轉(zhuǎn)子位置反饋角e經(jīng)過c^/^坐標變得到^、 /。，作為下一周期電流比較的根據(jù)，反饋到第③步；V-1 0-l 0陽V-0—10 1<formula>formula see original document page 11</formula>(15)◎轉(zhuǎn)子位置角反饋到第⑤步和第⑧步，轉(zhuǎn)速w反饋到第①步。 其中，Kre/、 JV-作為期望電壓矢量進行SVPWM調(diào)制，其步驟為① 如圖6所示，根據(jù)J^w、 ^^的值判斷所在的扇區(qū)并選擇相應的零矢量和基本空間電壓矢量，即在0扇區(qū)，R=C/。， ",±45="45;在1扇區(qū)，"，="9。， R±45="45，其余依次類 推。同時，在不同的扇區(qū)插入不同的零矢量。具體地說，在0、 l扇區(qū)插入Ouu，在2、 3扇 區(qū)插入O卿o，在4、 5扇區(qū)插入<90101，在6、 7扇區(qū)插入(91010。② 根據(jù)公式(16)計算零矢量和基本空間電壓矢量在周期T內(nèi)的作用時間。 敘敘<formula>formula see original document page 11</formula>(16)在此基礎上得出了五段式的空間電壓矢量PWM波形在O、 1、 2、 3扇區(qū)如閣7所表示。 由圖7可以看出，這種設計具有如下的特點 ■達到了功率開關(guān)次數(shù)最少；■任意一次空間電壓矢量的變化只有一個橋被臂的開關(guān)動作；■在不同的扇區(qū)插入了不同的零矢量，且各零矢量的作用時間相同；■電機正反轉(zhuǎn)每個扇區(qū)的兩個相臨基本矢量^和^±45的選擇順序不變，也就是說電機的正反轉(zhuǎn)只與扇區(qū)的選擇順序有關(guān)。正轉(zhuǎn)時(磁鏈逆時針旋轉(zhuǎn))，扇區(qū)的順序是0-1-2-3-4-5-6-7-0; 反轉(zhuǎn)時，扇區(qū)的順序是7-6-5-4-3-2-1-0-7。如圖5所示，當故障檢測到系統(tǒng)有故障時系統(tǒng)采用容錯轉(zhuǎn)矩控制器，其步驟為① 給定轉(zhuǎn)速w^與實際反饋0作差，得到轉(zhuǎn)速誤差Aw;② Aw經(jīng)過轉(zhuǎn)速控制器，得到容錯轉(zhuǎn)矩控制器的電流幅值參考值/^;③ 根據(jù)故障判別結(jié)果進行容錯控制，其具體的方法為以保持故障前的圓形磁場為目標， 以銅耗最小和最大轉(zhuǎn)矩輸出為約束條件，在仍保持電流正弦波輸出的條件下求解各相電流的 解析式，當A、 B、 C、 D相分別開路時，各相電流解析式分別由下列公式(17)、 (18)、 (19)、 (20)確定W =2C cos(6>e-;r/2) .W cos(《-;r)z肌/ =/附cos(《+;r/2) W = oW=C cos(6>e-W2) >re/ =2/mr cos(《—;r)C2/附cos(《+W2) W = o.W =/附cos(《-;r)cos(《+W2) W =2/mr cos(《) "/=乙，cos(《—W2) 、W = o(17)(18)(19)(20)(21)其中《為轉(zhuǎn)子電角度，且有《="/， "p為電機極對數(shù)。C、 D相分別開路的情況可依次類 推。同時，當任意相臨的兩相缺相時，電機仍可以調(diào)整剩余兩相的幅值來實現(xiàn)無擾動運行， 如在當電機在A、 B相缺相運行時的各相期望電流由公式(21)所決定，W = o W = o 'W=2/mrcos(《-;r/2)_W =2CC0S(《-7)B、 C相開路時的各相期望電流由公式(22)所決定， W=2C cos(《+W2)W = o_W =2C COS(《-7T)C、 D相開路時的各相期望電流由公式(23)所決定， W ^2/肌cos(《+;r/2) W =2/mrcos(<9e)D、 A相開路時的各相期望電流由公式(24)所決定；<formula>formula see original document page 13</formula> 四相電流給定值L、 l、 L、 ^分別與四相電流實際反饋值/。、 z;、 /e 四相電流誤差給電流滯環(huán)比較器；⑤電流滯環(huán)比較器根據(jù)四相電流誤差決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)，發(fā)觸發(fā)脈沖◎觸發(fā)脈沖驅(qū)動逆變器給四相永磁容錯電動機供電，轉(zhuǎn)速W反饋到第①步 饋到第③步。本實施例中系統(tǒng)參數(shù)選擇如下定子繞組電阻^ =0.125Q ，各相自感 Zx=1.116wi/(Z = AAC,Z))，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J二2.5xl04ATg.w2，極對數(shù)為3，相數(shù)為4， 轉(zhuǎn)子磁鏈^-0.09『6 ，額定負載轉(zhuǎn)矩？！-2iV.m ，額定電流為IOA。電機給定速度=3000r/m ，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI控制且限幅為10，滯環(huán)環(huán)寬為0.06， SVPWM的電流環(huán) 采用PI控制(、^0.4， &=1)。在空載時啟動到給定速度，在&0.5s時候突加負載轉(zhuǎn)矩7;:1.2iV.m，在電機正常情況 采用SVPWM控制和A相開路時候采用容錯轉(zhuǎn)矩控制的輸出轉(zhuǎn)矩對比仿真波形分別如圖8、 圖9所示。從圖中可以看出，采用本發(fā)明的雙?？刂品桨缚蓪崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩的跟蹤，同時可以看出， 正常模態(tài)下采用SVPWM控制時的轉(zhuǎn)矩脈動較小，而采用基于電流調(diào)節(jié)PWM的控制方式轉(zhuǎn) 矩波動稍大，這一方面證明了 SVPWM控制的優(yōu)越性，同時也說明了容錯轉(zhuǎn)矩控制的可行性。圖IO是采用本發(fā)明的速度響應圖，橫坐標表時間，單位為秒，縱坐標表轉(zhuǎn)子速度，單位 為Ww。在額定轉(zhuǎn)矩下啟動，在,-4《時系統(tǒng)發(fā)生B相開路故障，圖10中上面的矩形脈沖表 速度給定，下邊的曲線表采用本發(fā)明的速度響應。從響應曲線可以看出，在系統(tǒng)發(fā)生故障前， 采用SVPWM控制系統(tǒng)響應快速，有很好的動、靜態(tài)特性，在系統(tǒng)發(fā)生B相開路故障后，采 用容錯轉(zhuǎn)矩控制基本上實現(xiàn)了速度的跟蹤，只是與SVPWM控制相比表現(xiàn)出較大的波動，這 正是電流調(diào)節(jié)PWM與電壓調(diào)節(jié)的SVPWM相比所固有的不足之處。從以上仿真波形可以看出，本發(fā)明的基于SVPWM和容錯轉(zhuǎn)矩控制的雙?？刂撇呗圆粌H實現(xiàn)了電機在正常工作時的高性能控制，而且實現(xiàn)了電機在故障條件下的無擾運行，從而彌 補了傳統(tǒng)容錯系統(tǒng)因考慮容錯控制的需要采用單一的電流調(diào)節(jié)PWM控制而犧牲正常情況下 的穩(wěn)態(tài)性能的不足，同時證明了本發(fā)明提出的四相永磁容錯電動機的SVPWM控制策略的正 確性和優(yōu)越，也證明了本發(fā)明提出的容錯轉(zhuǎn)矩控制的正確和行性，從而為四相永磁容錯電動 實現(xiàn)高精度和高可靠性控制提供了理論依據(jù)和實踐基礎。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。(24)、^比較得到 ，轉(zhuǎn)子位置反
權(quán)利要求
1、一種四相永磁容錯電動機的控制方法，其特征在于根據(jù)系統(tǒng)故障診斷情況選擇控制模態(tài)，當系統(tǒng)處于正常狀況時，采用SVPWM控制，當系統(tǒng)發(fā)生缺相故障時，采用容錯轉(zhuǎn)矩控制，且根據(jù)不同的缺相故障類型采用的不同的容錯控制方案。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的四相永磁容錯電動機的一種高性能控制方法，其特征在于，所 述當系統(tǒng)處于正常狀況時，采用SVPWM控制，其步驟進一步為① 給定轉(zhuǎn)速^與實際反饋w作差，得到轉(zhuǎn)速誤差A0;② AW經(jīng)過轉(zhuǎn)速控制器，得到《軸給定電流值^，同時給定^軸電流值^=0;③ ^坐標系中c/軸與《軸給定電流分別與其反饋電流作差，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下的兩相電 流誤差；④ J軸與《軸電流誤差經(jīng)過電流PI調(diào)節(jié)器得到^坐標系兩相電壓^和^ ;⑤ 根據(jù)下列公式(l)，計算由兩相電壓^、 ^結(jié)合轉(zhuǎn)子位置角反饋^經(jīng)^/ / 坐標變換得到a々坐標系下的兩相電壓、 ;<formula>formula see original document page 2</formula>(1)⑥ Kre/、 ^w作為期望電壓矢量進行SVPWM調(diào)制，發(fā)觸發(fā)脈沖輸入四相H全橋逆變 器，進而驅(qū)動四相永磁容錯電動機；⑦ 根據(jù)下列公式(2)，四相定子電流/。、 4、 z:、 G經(jīng)過a6"/a"坐標變換得到L、 ^z"，(2)<formula>formula see original document page 2</formula>⑧根據(jù)下列公式(3)，兩相電流^、 G結(jié)合轉(zhuǎn)子位置反饋角e經(jīng)過a"/兩坐標變得到G、 作為下一周期電流比較的根據(jù)，反饋到第③步；(3)⑨轉(zhuǎn)子位置角反饋到第⑤步和第⑧步，轉(zhuǎn)速w反饋到第①步。
3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的四相永磁容錯電動機的一種高性能控制方法，其特征在于，當系統(tǒng)發(fā)生缺相故障時，采用容錯轉(zhuǎn)矩控制器，其步驟進一步為① 給定轉(zhuǎn)速CV與實際反饋W作差，得到轉(zhuǎn)速誤差AW;② Aw經(jīng)過轉(zhuǎn)速控制器，得到容錯轉(zhuǎn)矩控制器的電流幅值參考值/^;③ 根據(jù)故障判別結(jié)果進行容錯控制，其具體的方法為以保持故障前的圓形磁場為目標， 以銅耗最小和最大轉(zhuǎn)矩輸出為約束條件，在仍保持電流正弦波輸出的條件下求解各相電流的解析式，<formula>formula see original document page 3</formula>(4)(5)(6)(7)以上式中《為轉(zhuǎn)子電角度，且有《= 6， 為電機極對數(shù)。同時，當任意相臨的兩相缺 相時，電機仍可以調(diào)整剩余兩相的幅值和相位來滿足圓形磁場條件而實現(xiàn)其無擾運行，如在 當電機A、 B相缺相運行時的各相期望電流由公式(8)所決定，其余情況可依此類推；W = o_W =2乙COS(《-7T) 四相電流給定值^、 l、 ^分別與四相電流實際反饋值/。、 4、 /￡、 ^比較得到四相電流誤差給電流滯環(huán)比較器； 電流滯環(huán)比較器根據(jù)四相電流誤差發(fā)觸發(fā)脈沖以決定逆變器的開關(guān)狀態(tài)；⑥觸發(fā)脈沖驅(qū)動逆變器給四相永磁容錯電動機供電，轉(zhuǎn)速W反饋到第①步，轉(zhuǎn)子位置反 饋到第③步。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的四相永磁容錯電動機的一種高性能控制方法，其特征在于所述 步驟⑥中，&re/、 ^^作為期望電壓矢量進行SVPWM調(diào)制，其步驟為①根據(jù)巳^、 ^^的值判斷定子磁勢所在的扇區(qū)并選擇相應的零矢量和基本空間電壓矢②根據(jù)公式(9)計算基本空間電壓矢量和零矢量在周期T內(nèi)的作用時間。<formula>formula see original document page 4</formula>(9)
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的四相永磁容錯電動機的一種高性能控制方法，其特征在于所述 步驟③中，根據(jù)故障判別結(jié)果計算各相參考電流，其特征為① 故障發(fā)生后的磁勢與故障前一樣，即以形成圓形磁場為目標；② 故障發(fā)生后相電流以銅耗最小為約束條件之一；③ 故障發(fā)生后相電流以最大轉(zhuǎn)矩輸出為約束條件之二，即使故障發(fā)生后的定子磁勢垂直 于轉(zhuǎn)子磁勢^^且沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向超前90。。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的四相永磁容錯電動機的一種高性能控制方法，其特征在于所述 步驟①中，根據(jù)J^《、&<的值判斷定子磁勢所在的扇區(qū)并選擇相應的零矢量和基本空間電 壓矢量，其特征為① 功率開關(guān)次數(shù)達到最少；② 任意一次空間電壓矢量的變化只有一個橋臂的開關(guān)動作；◎在不同的扇區(qū)插入了不同的零矢量并選擇不同的重合矢量，且各零矢量的作用時間相 同，且磁鏈旋轉(zhuǎn)一周16個矢量都被利用到； 電機正反轉(zhuǎn)每個扇區(qū)的兩個相臨基本矢量^和^±45的選擇順序不變，也就是說電機 的正反轉(zhuǎn)只與扇區(qū)的選擇順序有關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四相永磁容錯電動機的控制方法，根據(jù)系統(tǒng)故障診斷情況自動決定控制模態(tài)，當系統(tǒng)處于正常狀況時，采用SVPWM控制，當系統(tǒng)發(fā)生缺相故障時，采用容錯轉(zhuǎn)矩控制，且根據(jù)不同的缺相故障類型采用的不同的容錯控制方案。本發(fā)明實現(xiàn)了四相永磁容錯電動機在正常和缺相故障條件下的高性能運行，克服了傳統(tǒng)的容錯控制系統(tǒng)為了容錯控制的方便而采用電流調(diào)節(jié)PWM來實現(xiàn)電流跟蹤而降低系統(tǒng)正常工作時的穩(wěn)態(tài)性能的不足，建立了四相永磁容錯電動機在旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，成功地將SVPWM策略應用于四相永磁容錯電動機，提高了永磁容錯電動機控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能及其可靠性。
文檔編號H02P27/06GK101335499SQ20081002270
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者元 任, 吉敬華, 孫玉坤, 朱紀洪 申請人:江蘇大學