一種基于解耦svpwm的開繞組pmsm驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于解耦SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，在雙逆變器某一橋臂發(fā)生開路故障后，導(dǎo)通故障橋臂連接的電機(jī)相端點(diǎn)與直流側(cè)濾波電容中點(diǎn)之間的雙向晶閘管，實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重構(gòu)；對(duì)重構(gòu)后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于解耦SVPWM進(jìn)行容錯(cuò)控制，對(duì)故障側(cè)逆變器基于90度坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制，對(duì)正常側(cè)逆變器基于 a 、 b 、 c 三相坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明大大簡化容錯(cuò)后的程序，參考電壓矢量根據(jù)正常側(cè)與故障側(cè)的逆變器的最大輸出電壓有效矢量成比例分配，實(shí)現(xiàn)逆變器直流側(cè)電壓利用率最大化。
【專利說明】-種基于解閒SVP麗的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種H相開繞組PMSM雙逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單橋臂開路后的容錯(cuò)控制， 屬于永磁同步電機(jī)的控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，雙逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成功運(yùn)用于航天、電動(dòng)汽車等大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)于 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，逆變器中的開關(guān)管故障在所有故障中占有很大部分，因此雙逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 可靠性及穩(wěn)定性關(guān)乎著整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定，因而很有必要對(duì)雙逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的容 錯(cuò)控制進(jìn)行研究。
[0003] 已經(jīng)有文獻(xiàn)對(duì)基于雙逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制進(jìn)行了研究，該 些文獻(xiàn)主要針對(duì)單管開路故障、單橋臂開路故障、缺相故障等的容錯(cuò)研究。當(dāng)單開關(guān)管故障 后，通過對(duì)開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的控制實(shí)現(xiàn)自身實(shí)時(shí)重構(gòu)，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上對(duì)控制算法進(jìn)行改 變，達(dá)到容錯(cuò)目的，但是此時(shí)雙逆變器的最大有效電壓矢量為正常時(shí)的一半，該會(huì)使得PMSM 在額定電流運(yùn)行條件下，最大速度達(dá)不到額定速度，不得不通過提高雙逆變器直流側(cè)電壓 等級(jí)來進(jìn)行補(bǔ)償因重構(gòu)而降低的電壓值。對(duì)于單橋臂開路故障，通過改變雙逆變器的供電 方式，即由雙電源供電方式到單電源供電方式進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的兩相容錯(cuò)運(yùn)行，但是該 樣會(huì)使得PMSM在額定電流運(yùn)行下的輸出轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1/V^倍，該樣會(huì)降低PMSM的帶 載能力，降低電機(jī)效率。
[0004] 正常運(yùn)行工況下的H相開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是基于整體SVPWM控制，通過基于a、 b、c H相坐標(biāo)系的SVPWM控制大大簡化了整體的控制程序。對(duì)于容錯(cuò)后的SVPWM則基于90 度坐標(biāo)系，分區(qū)控制，整體上調(diào)制方法與傳統(tǒng)的SVPWM控制趨于一致，但由于故障重構(gòu)后的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特殊性，整個(gè)容錯(cuò)控制系統(tǒng)程序復(fù)雜。
[0005] 對(duì)于H相開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，出現(xiàn)單橋臂開路故障后，需保持PMSM的輸出轉(zhuǎn)矩 能力，最大化提高容錯(cuò)后的轉(zhuǎn)速輸出能力，正常運(yùn)行工況下基于a、b、c H相坐標(biāo)系的SVPWM 控制不能適用于故障側(cè)逆變器的控制。由于故障重構(gòu)后兩個(gè)逆變器的電壓有效矢量輸出能 力不對(duì)等，因此最大化利用雙逆變器直流側(cè)電壓成為容錯(cuò)運(yùn)行的重點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[000引發(fā)明目的；針對(duì)上述問題，本發(fā)明目的是提出一種基于解禪SVPWM的開繞組PMSM 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，使得容錯(cuò)后的雙逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出電壓能力大、容錯(cuò)控制程序 簡化，同時(shí)也要兼顧雙逆變器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大化利用。
[0007] 技術(shù)方案；為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種基于解禪SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，包括：
[0009] 在雙逆變器某一橋臂發(fā)生開路故障后，導(dǎo)通故障橋臂連接的電機(jī)相端點(diǎn)與直流側(cè) 濾波電容中點(diǎn)之間的雙向晶間管，實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重構(gòu)；
[0010] 對(duì)重構(gòu)后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于解禪SVPWM進(jìn)行容錯(cuò)控制，對(duì)故障側(cè)逆變器基于90度坐 標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制，對(duì)正常側(cè)逆變器基于a、b、C H相坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制。
[0011] 所述對(duì)重構(gòu)后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于解禪SVPWM進(jìn)行控制的具體步驟包括：
[001引 （1)將PMSM輸出的S相電流進(jìn)行化A服和PA服坐標(biāo)變換，使S相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化 為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，得到電流id和iq ;
[0013] (2)給定轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋經(jīng)過轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)得到q軸參考電流；
[0014] (3) q軸參考電流與iq反饋經(jīng)過q軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)得到q軸參考電壓，0參考電 流與id反饋進(jìn)過d軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)得到d軸參考電壓，將d軸電壓和q軸電壓經(jīng)過Park 逆變換得到參考電壓Vuf ;
[0015] (4)將Vref按照兩逆變器的電壓輸出能力比進(jìn)行分配，得到故障側(cè)逆變器參考電 壓Vufi和正常側(cè)逆變器參考電壓Vuf2 ;
[0016] (5)根據(jù)Vufi對(duì)故障側(cè)逆變器基于90度坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制得到故障逆變器 的開關(guān)信號(hào)，根據(jù)Vuf2對(duì)正常側(cè)逆變器基于a、b、c H相坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制得到正常逆 變器的開關(guān)信號(hào)。
[0017] 有益效果；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)；1)當(dāng)雙逆變器中某一橋臂發(fā) 生開路故障后，通過對(duì)相應(yīng)的雙向可控晶間管施加對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)單橋臂開路 故障拓?fù)渲貥?gòu)。2)故障重構(gòu)后的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大輸出電壓有效矢量為正常時(shí)的0.75倍。 3)故障后的容錯(cuò)控制算法無需扇區(qū)判斷，簡單易行。4)故障后的容錯(cuò)控制程序可W實(shí)現(xiàn)雙 逆變器直流側(cè)電壓利用率最大化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明方法中的雙電源供電的開繞組H相PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0019] 圖2是雙電源供電的開繞組H相PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電壓矢量圖；
[0020] 圖3是雙電源供電的開繞組H相PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單臂故障重構(gòu)圖；
[0021] 圖4是雙電源供電的開繞組H相PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單臂故障重構(gòu)后輸出電壓矢量 圖：
[002引 （a)故障側(cè)逆變器電壓矢量圖，化）正常側(cè)逆變器電壓矢量圖；
[002引圖5是基于解禪SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖6是解禪SVPWM的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解該些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià) 形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0026] 為便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，首先介紹一下H相開繞組PMSM雙逆變器驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)正常運(yùn)行輸出的有效電壓矢量。圖1為雙電源供電的開繞組H相PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖， 雙逆變器的供電電壓DCl、DC2都為E。
[0027] 雙逆變器系統(tǒng)的每相橋臂存在兩種開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)上橋臂開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)狀態(tài) 記為"1當(dāng)下橋臂開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)狀態(tài)記為"0"，由此，雙逆變器系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)Sk可 表不為：
[002引
【權(quán)利要求】
1. 一種基于解耦SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，其特征在于包括： 在雙逆變器某一橋臂發(fā)生開路故障后，導(dǎo)通故障橋臂連接的電機(jī)相端點(diǎn)與直流側(cè)濾波 電容中點(diǎn)之間的雙向晶閘管，實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重構(gòu)； 對(duì)重構(gòu)后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于解耦SVPWM進(jìn)行容錯(cuò)控制，對(duì)故障側(cè)逆變器基于90度坐標(biāo)系 進(jìn)行SVPWM控制，對(duì)正常側(cè)逆變器基于a、b、c三相坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于解耦SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，其特 征在于，所述對(duì)重構(gòu)后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于解耦SVPWM進(jìn)行控制的具體步驟包括： (1) 將PMSM輸出的三相電流進(jìn)行CLARK和PARK坐標(biāo)變換，使三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為兩 相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，得到電流id和iq ; (2) 給定轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋經(jīng)過轉(zhuǎn)速環(huán)PI調(diào)節(jié)得到q軸參考電流； (3) q軸參考電流與iq反饋經(jīng)過q軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)得到q軸參考電壓，0參考電流與 id反饋進(jìn)過d軸電流環(huán)PI調(diào)節(jié)得到d軸參考電壓，將d軸電壓和q軸電壓經(jīng)過Park逆變 換得到參考電壓vMf ; (4) 將按照兩逆變器的電壓輸出能力比進(jìn)行分配，得到故障側(cè)逆變器參考電壓vMfl和正常側(cè)逆變器參考電壓vMf2 ; (5) 根據(jù)vMfl對(duì)故障側(cè)逆變器基于90度坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制得到故障逆變器的開 關(guān)信號(hào)，根據(jù)vMf2對(duì)正常側(cè)逆變器基于a、b、c三相坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制得到正常逆變器 的開關(guān)信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于解耦SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，其特 征在于，所述步驟（4)中vMfl為vraf/3, Vraf2為-2vMf/3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于解耦SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，其特 征在于，所述步驟（5)中基于90度坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制時(shí)對(duì)故障側(cè)合成電壓矢量作用時(shí) 間的計(jì)算公式為：
其中，設(shè)a相開路，Tsbl，Tscl為開關(guān)管b、c兩相的導(dǎo)通時(shí)間，m = 3valXts/E，
ts為開關(guān)管導(dǎo)通周期，val與V 01Svrefl在a、P坐標(biāo)系下的投影分量， E為逆變器的供電電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于解耦SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，其特 征在于，所述步驟（5)中基于90度坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制時(shí)故障側(cè)合成電壓矢量的SblSca的開通方式為五段碼，即開通序列為00-10-11-10-00,1表示每相上橋臂導(dǎo)通，〇表示每相 下橋臂導(dǎo)通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于解耦SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，其特 征在于，所述步驟（5)中基于a、b、c三相坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制時(shí)對(duì)正常側(cè)合成電壓矢量 作用時(shí)間的計(jì)算公式為：
其中Tsa2, Tsb2, Tsc2為開關(guān)管a、b、c兩相的導(dǎo)通時(shí)間，x為a、b、c中的最大值，y為 a、b、c中的最小值，ts為開關(guān)管導(dǎo)通周期，va2與V02為v Mf2在a、P坐標(biāo)系下的投影分 量，E為逆變器的供電電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于解耦SVPWM的開繞組PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制方法，其特 征在于，所述步驟（5)中基于a、b、c三相坐標(biāo)系進(jìn)行SVPWM控制時(shí)正常側(cè)合成電壓矢量的 Sa2Sb2Se2的開通方式為七段碼，即開通序列為000-100-110-111-110-100-000,1表示每相上 橋臂導(dǎo)通，〇表示每相下橋臂導(dǎo)通。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK104362923SQ201410618246
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】樊英, 張向陽, 祝衛(wèi)霞, 程明 申請(qǐng)人:東南大學(xué)