一種基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法，包括：測量電機的轉速和輸出相電流；根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的目標電壓矢量的兩個電壓分量；所述目標電壓矢量為電機一相開路故障后輸出電壓中消失的電壓矢量；根據(jù)所述兩個電壓分量確定所述目標電壓矢量所在扇區(qū)；確定未消失的電壓矢量，將所述未消失的電壓矢量按照幅值大小分為大矢量、中矢量和小矢量；從所述未消失的電壓矢量中篩選合格電壓矢量；利用所述合格電壓矢量和零矢量合成所述目標電壓矢量。本發(fā)明所公開的控制方法，擺脫了對電機建模的準確性的依賴，并減少高次諧波的干擾，具有控制平滑、靈活、動作響應快的優(yōu)點。
【專利說明】
一種基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及電機容錯控制領域，特別是涉及一種基于空間矢量的五相雙轉子永磁 同步電機控制方法。
【背景技術】
[0002] 在同步電機裝置中，最易發(fā)生故障的幾個機構為傳感器、執(zhí)行器機構和電機繞組。 據(jù)統(tǒng)計，在速度驅(qū)動系統(tǒng)中，38%的故障和變流器有關。而在這38%的故障中，最常見的故 障為一相開路故障，包括:一相開關管開路、相橋臂開路、一相開關管短路和相橋臂短路。 [0003]在目前的學術文獻以及工程實踐中，對于五相電機的一相開路故障，大多采用直 接計算各相輸入電流的方法。這種方法依賴電機建模的準確性，在工程實踐過程中難以實 現(xiàn)實時控制，且電流以滯環(huán)方式進行控制，容易導致開關管的頻率不穩(wěn)定造成較大的高次 諧波。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了擺脫對電機建模的準確性的依賴，并減少高次諧波的干擾，提供一種 基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：
[0006] -種基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法，包括：
[0007] 測量電機的轉速和輸出相電流；
[0008] 根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的目標電壓矢量的兩個電 壓分量;所述目標電壓矢量為電機一相開路故障后輸出電壓中消失的電壓矢量；
[0009] 根據(jù)所述兩個電壓分量確定所述目標電壓矢量所在扇區(qū)；
[0010] 確定未消失的電壓矢量，將所述未消失的電壓矢量按照幅值大小分為大矢量、中 矢量和小矢量;從所述未消失的電壓矢量中篩選合格電壓矢量;利用所述合格電壓矢量和 零矢量合成所述目標電壓矢量;所述篩選合格電壓矢量的原則為:確定所述目標電壓矢量 所在扇區(qū)的兩個邊緣中的未消失的電壓矢量，在所述目標電壓矢量所在扇區(qū)的每個扇區(qū)邊 緣中的未消失的電壓矢量中均選取最合適的未消失的電壓矢量作為合格電壓矢量;若所述 目標電壓矢量所在扇區(qū)的某個邊緣中的電壓矢量全部消失，則從相鄰扇區(qū)的扇區(qū)邊緣中選 取最合適的未消失的電壓矢量作為合格電壓矢量;所述最合適的未消失的電壓矢量確定原 貝1J:若存在大矢量，貝U選取大矢量為最合適的未消失的電壓矢量;若不存在大矢量而存在中 矢量，則選取中矢量為最合適的未消失的電壓矢量;若既不存在大矢量也不存在中矢量，則 選取小矢量為最合適的未消失的電壓矢量。
[0011] 可選的，所述根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的目標電壓矢 量的兩個電壓分量，具體包括：
[0012] 將所述電機的轉速與給定轉速作差，經(jīng)比例積分控制器后輸出q軸的給定電流；
[0013] 對所述電機的輸出相電流進行矢量變換，得到電機的q軸的輸出相電流和d軸的輸 出相電流；
[0014] 將所述q軸的給定電流與所述q軸的輸出相電流作差得到q軸電流差;將所述d軸的 給定電流與所述d軸的輸出相電流作差得到d軸電流差；
[0015] 將所述q軸電流差和所述d軸電流差經(jīng)矢量反變換得到靜止坐標系下的所述目標 電壓矢量的兩個電壓分量。
[0016] 可選的，利用所述合格電壓矢量和零矢量合成所述目標電壓矢量，具體包括：
[0017] 計算所述零矢量和每個所述合格電壓矢量的作用時間；
[0018] 根據(jù)所述零矢量和所述合格電壓矢量的作用時間輸出驅(qū)動開關管通斷的脈沖寬 度調(diào)制波形；
[0019] 通過脈沖寬度調(diào)制波形驅(qū)動開關管通斷從而合成目標電壓矢量。
[0020] 可選的，從所述未消失的電壓矢量中篩選合格電壓矢量，具體包括：
[0021] 利用傳統(tǒng)扇區(qū)劃分方法將電壓矢量劃分為10個扇區(qū)，依次編號為I到X ;
[0022] 當目標電壓矢量在第I扇區(qū)或第Π 扇區(qū)時，選取第I扇區(qū)和第X扇區(qū)共同邊緣的小 矢量以及第Π 扇區(qū)和第m扇區(qū)共同邊緣的中矢量為合格電壓矢量；
[0023] 當目標電壓矢量在第m扇區(qū)時，選取第π扇區(qū)和第m扇區(qū)共同邊緣的中矢量以及 第m扇區(qū)和第iv扇區(qū)共同邊緣的大矢量為合格電壓矢量；
[0024] 當目標電壓矢量在第IV扇區(qū)時，選取第m扇區(qū)和第IV扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及 第IV扇區(qū)和第v扇區(qū)共同邊緣的大矢量為合格電壓矢量；
[0025] 當目標電壓矢量在第V扇區(qū)時，選取第IV扇區(qū)和第V扇區(qū)共同邊緣的大矢量、第 IV扇區(qū)和第V扇區(qū)共同邊緣的中矢量、第V扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及第V扇 區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的中矢量為合格電壓矢量；
[0026] 當目標電壓矢量在第VI扇區(qū)時，選取第V扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量、第 V扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的中矢量、第VI扇區(qū)和第W扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及第VI扇 區(qū)和第w扇區(qū)共同邊緣的中矢量為合格電壓矢量；
[0027] 當目標電壓矢量在第W扇區(qū)時，選取第VI扇區(qū)和第W扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及 第W扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量為合格電壓矢量；
[0028] 當目標電壓矢量在第VI扇區(qū)時，選取第W扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及 第VI扇區(qū)和第IX扇區(qū)共同邊緣的中矢量為合格電壓矢量；
[0029] 當目標電壓矢量在第IX扇區(qū)或第X扇區(qū)時，選取第VI扇區(qū)和第IX扇區(qū)共同邊緣的 中矢量以及第I扇區(qū)和第X扇區(qū)共同邊緣的小矢量為合格電壓矢量。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：
[0031] (1)采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(SVPWM)，使電機具有更好的轉矩轉速特性和更高 的直流電壓利用率。
[0032] (2)本申請的的技術方案避免了直接計算各相輸入電流，從而擺脫了對電機建模 準確性的依賴。
[0033] (3)本申請的技術方案具有輸出轉矩的波動小、動態(tài)響應快等優(yōu)點，并且在實際的 工程中易于在線實現(xiàn)，占用核心芯片內(nèi)存小，類似正常運行時電機采用的控制算法，具有良 好的應用前景。
[0034] (4)本申請的電流控制方式采用給定電流分量為零的控制方式，避免了因開關管 的頻率不穩(wěn)定造成較大的高次諧波。
[0035] (5)本申請采用空間矢量的控制算法，在電機一相開路故障后能繼續(xù)實現(xiàn)電機的 高精度、快響應、高能源利用率的驅(qū)動控制。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施 例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0037] 圖1(a)為本申請五相雙轉子電機串聯(lián)驅(qū)動方式下一相開路故障示意圖；
[0038] 圖1(b)為本申請五相雙轉子電機并聯(lián)驅(qū)動方式下一相開路故障示意圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法實施例的方法流 程圖；
[0040] 圖3為本申請實施例1中步驟202計算靜止坐標系下的目標電壓矢量的兩個電壓分 量一個具體實施方法；
[0041] 圖4為本申請實施例1中根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的 目標電壓矢量的兩個電壓分量的算法過程的框圖；
[0042]圖5為本申請五相雙轉子電機外電機與內(nèi)電機串聯(lián)驅(qū)動方式下a相開路故障后的 電壓矢量分布圖；
[0043] 圖6(a)為當目標電壓矢量在第I扇區(qū)或第Π 扇區(qū)時的控制矢量圖；
[0044] 圖6(b)為圖6(a)中合格電壓矢量和零矢量的作用順序及PWM波形；
[0045] 圖7(a)為當目標電壓矢量在第III扇區(qū)時的控制矢量圖；
[0046] 圖7(b)為圖7(a)中合格電壓矢量和零矢量的作用順序及PWM波形；
[0047] 圖8(a)為當目標電壓矢量在第IV扇區(qū)時的控制矢量圖；
[0048] 圖8(b)為圖8(a)中合格電壓矢量和零矢量的作用順序及PWM波形；
[0049] 圖9(a)為當目標電壓矢量在第V扇區(qū)時的控制矢量圖；
[0050] 圖9(b)為圖9(a)中合格電壓矢量和零矢量的作用順序及PWM波形；
[0051] 圖10為本申請根據(jù)不同的運行狀態(tài)采用不同的電機控制算法的方法流程圖；
[0052]圖11為本申請基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法應用過程的系 統(tǒng)結構圖。
【具體實施方式】
[0053]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0054] 本發(fā)明的目的是提供一種基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法。
[0055] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0056]圖1(a)為本申請五相雙轉子電機串聯(lián)驅(qū)動方式下一相開路故障示意圖；
[0057]圖1(b)為本申請五相雙轉子電機并聯(lián)驅(qū)動方式下一相開路故障示意圖。
[0058] 參見圖1(a)和圖1(b)，所述一相開路故障運行狀態(tài)包括內(nèi)電機與外電機串聯(lián)運行 時一相開路故障和內(nèi)電機與外電機并聯(lián)運行時一相開路故障。本申請以內(nèi)電機和外電機串 聯(lián)驅(qū)動時一相開路故障為例。
[0059] 圖2為本發(fā)明基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法實施例的方法流 程圖。
[0060] 參見圖2,一種基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法，包括：
[0061] 步驟201，測量電機的轉速和輸出相電流;所述電機的轉速是通過傳感器測量得到 的，所述輸出相電流是通過電流表測量得到的。
[0062] 步驟202,根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的目標電壓矢量 的兩個電壓分量Ua和Uf!;所述目標電壓矢量為電機一相開路故障后輸出電壓中消失的電壓 矢量。
[0063] 圖3為本申請實施例1中步驟202計算靜止坐標系下的目標電壓矢量的兩個電壓分 量一個具體實施方法。
[0064] 圖4為本申請實施例1中根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的 目標電壓矢量的兩個電壓分量的算法過程的框圖。
[0065] 參見圖3和圖4,實時根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的目標 電壓矢量的兩個電壓分量Ua和Up，具體包括：
[0066]步驟401，將所述電機的轉速與給定轉速作差，經(jīng)比例積分控制器后輸出q軸的給 定電流iq%
[0067 ]步驟40 2，采用d軸的電流給定i / = 0的控制方式，結合電機旋轉位置對所述電機的 輸出相電流進行Clark矢量變換和Park矢量變換，得到電機的q軸的輸出相電流iq和d軸的 輸出相電流id;
[0068] 步驟403，將所述q軸的給定電流與所述q軸的輸出相電流作差得到q軸電流差;將 所述d軸的給定電流與所述d軸的輸出相電流作差得到d軸電流差；
[0069] 步驟404,將所述q軸電流差和所述d軸電流差經(jīng)Park矢量反變換得到靜止坐標系 下的目標電壓矢量的兩個電壓分量Ua和Up。
[0070] 步驟203,根據(jù)所述兩個電壓分量Ua和ue確定所述目標電壓矢量所在扇區(qū)；具體包 括：
[0071] 利用傳統(tǒng)扇區(qū)劃分方法將電壓矢量劃分為10個扇區(qū)，依次編號為I到X，具體為： 將電機在正常運行狀態(tài)下五相橋逆變器通斷所產(chǎn)生的電壓矢量放到同一個空間矢量坐標 系中，所有的電壓矢量將空間矢量分成了十個區(qū)域，十個區(qū)域所代表的角度區(qū)間分別為:〇 ~36°、36°~72°、72°~108°、108°~144°、144°~180°、180°~216°、216°~252°、252°~ 288°、288°~324°、324°~360°，將十個區(qū)域從0°~360°依次命名為第I扇區(qū)、第II扇區(qū)、第 III扇區(qū)、第IV扇區(qū)、第V扇區(qū)、第VI扇區(qū)、第VII扇區(qū)、第VIII扇區(qū)、第IX扇區(qū)和第X扇區(qū)。
[0072] 定義 VtKVhVhVhViSTS:
[0074] 根據(jù)上式求出Vo、W、V2、V3和V4，若有：
[0085] 為了方便實現(xiàn)控制，定位函數(shù)S:
[0086] S = sign(V〇)+2sign(Vi)+4sign(V2)+6sign(-V3)+3sign(V4)
[0087] 其中sign為符號函數(shù)。
[0088] 根據(jù)以上10個扇區(qū)內(nèi)中間變量的符號可得扇區(qū)標號與扇區(qū)號之間的關系如下：
[0091] 根據(jù)所述目標電壓矢量的兩個電壓分量在控制器中計算出S函數(shù)的值，根據(jù)上表 中的對應的關系，判斷出所述目標電壓矢量所在扇區(qū)。
[0092] 步驟204,確定未消失的電壓矢量，將所述未消失的電壓矢量按照幅值大小分為大 矢量、中矢量和小矢量;從所述未消失的電壓矢量中篩選合格電壓矢量;利用所述合格電壓 矢量和零矢量合成所述目標電壓矢量;所述篩選合格電壓矢量的原則為:確定所述目標電 壓矢量所在扇區(qū)的兩個邊緣中的未消失的電壓矢量，在所述目標電壓矢量所在扇區(qū)的每個 扇區(qū)邊緣中的未消失的電壓矢量中均選取最合適的未消失的電壓矢量作為合格電壓矢量； 若所述目標電壓矢量所在扇區(qū)的某個邊緣中的電壓矢量全部消失，則從相鄰扇區(qū)的扇區(qū)邊 緣中選取最合適的未消失的電壓矢量作為合格電壓矢量;所述最合適的未消失的電壓矢量 確定原則:若存在大矢量，則選取大矢量為最合適的未消失的電壓矢量;若不存在大矢量而 存在中矢量，則選取中矢量為最合適的未消失的電壓矢量;若既不存在大矢量也不存在中 矢量，則選取小矢量為最合適的未消失的電壓矢量。
[0093] 圖5為本申請五相雙轉子電機外電機與內(nèi)電機串聯(lián)驅(qū)動方式下a相開路故障后的 電壓矢量分布圖，其中每個電壓矢量對應一個二進制的代號。
[0094] 參見圖5,本申請中內(nèi)電機和外電機串聯(lián)驅(qū)動方式下a相開路故障時合格電壓矢量 的篩選方案如下：
[0095] 當目標電壓矢量在第I扇區(qū)或第Π 扇區(qū)時，選取第I扇區(qū)和第X扇區(qū)共同邊緣的小 矢量U9(01001)以及第π扇區(qū)和第m扇區(qū)共同邊緣的中矢量U 8(01000)為合格電壓矢量；
[0096] 當目標電壓矢量在第m扇區(qū)時，選取第π扇區(qū)和第m扇區(qū)共同邊緣的中矢量u8 (01000)以及第m扇區(qū)和第IV扇區(qū)共同邊緣的大矢量υ12(οιιοο)為合格電壓矢量；
[0097] 當目標電壓矢量在第iv扇區(qū)時，選取第m扇區(qū)和第iv扇區(qū)共同邊緣的大矢量u12 (01100)以及第IV扇區(qū)和第V扇區(qū)共同邊緣的大矢量1]14(01110)為合格電壓矢量；
[0098] 當目標電壓矢量在第V扇區(qū)時，選取第IV扇區(qū)和第V扇區(qū)共同邊緣的大矢量山4 (01110)、第IV扇區(qū)和第V扇區(qū)共同邊緣的中矢量U4(00100)、第V扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊 緣的大矢量U 6(00110)以及第V扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的中矢量U15(01111)為合格電壓 矢量；
[0099] 第VI扇區(qū)、第W扇區(qū)、第VI扇區(qū)、第IX扇區(qū)、第X扇區(qū)的電壓矢量分布分別與第V 扇區(qū)、第IV扇區(qū)、第m扇區(qū)、第π扇區(qū)、第I扇區(qū)的電壓矢量分布呈上下對稱狀態(tài)，因此，當目 標電壓矢量分別在第VI扇區(qū)、第w扇區(qū)、第VI扇區(qū)、第IX扇區(qū)、第X扇區(qū)時，選取的合格電壓 矢量也分別與當目標電壓矢量在第v扇區(qū)、第IV扇區(qū)、第m扇區(qū)、第π扇區(qū)、第I扇區(qū)時選取 的合格電壓矢量呈上下對稱分布，具體如下：
[0100] 當目標電壓矢量在第VI扇區(qū)時，選取第V扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量U6 (00110) 、第￥扇區(qū)和第￥1扇區(qū)共同邊緣的中矢量1]15(01111)、第￥1扇區(qū)和第\1扇區(qū)共同邊 緣的大矢量U7(00111)以及第VI扇區(qū)和第W扇區(qū)共同邊緣的中矢量U 2(00010)為合格電壓矢 量；
[0101] 當目標電壓矢量在第W扇區(qū)時，選取第VI扇區(qū)和第W扇區(qū)共同邊緣的大矢量U7 (00111) 以及第W扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量U3(00011)為合格電壓矢量；
[0102] 當目標電壓矢量在第ΥΠΙ扇區(qū)時，選取第W扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量U3 (00011)以及第VI扇區(qū)和第IX扇區(qū)共同邊緣的中矢量IM00001)為合格電壓矢量；
[0103] 當目標電壓矢量在第IX扇區(qū)或第X扇區(qū)時，選取第VI扇區(qū)和第IX扇區(qū)共同邊緣的 中矢量IH00001)以及第I扇區(qū)和第X扇區(qū)共同邊緣的小矢量U 9(01001)為合格電壓矢量。
[0104] 可選的，利用所述合格電壓矢量和零矢量合成所述目標電壓矢量，具體包括：
[0105] 計算所述零矢量和每個所述合格電壓矢量的作用時間，具體為：
[0106] 圖6(a)為當目標電壓矢量在第I扇區(qū)或第Π 扇區(qū)時的控制矢量圖；
[0107] 圖6(b)為圖6(a)中合格電壓矢量和零矢量的作用順序及PWM波形。
[0108] 參見圖6(a)和圖6(b)，當目標電壓矢量在第I扇區(qū)或第Π 扇區(qū)時，設U9的作用時間 為Tl9，U8的作用時間為Tl8,零矢量的作用時間為TlQ，目標電壓矢量為UlRef，開關管的作用周 期為T Is，則
[0109] TlsUlRef = Tl9U9+Tl8U8
[0110] Tis = Ti9+Ti8+Tio
[0111] 將上式求解，解得為：
[0114] Tio = Tis-Ti8-Ti9
[0115] 圖7(a)為當目標電壓矢量在第III扇區(qū)時的控制矢量圖；
[0116] 圖7(b)為圖7(a)中合格電壓矢量和零矢量的作用順序及PWM波形。
[0117] 參見圖7(a)和圖7(b)，當目標電壓矢量在第III扇區(qū)時，設U8的作用時間為Tms， Ul2的作用時間為Τ?ΙΙ12,零矢量的作用時間為TlIIQ，目標電壓矢量為UlIIRef，開關管的作用周 期為Tills，貝lj
[01 18] TuisUlIIRef = TlII12Ul2+TlII8U8
[0119] Tins = Τππ2+Τπ?8+Τιπο
[0120] 將上式求解，解得為：
[0123] Tiiio = Tiiis-Tiii8-Tiiii2
[0124] 圖8(a)為當目標電壓矢量在第IV扇區(qū)時的控制矢量圖；
[0125] 圖8(b)為圖8(a)中合格電壓矢量和零矢量的作用順序及PWM波形。
[0126] 參見圖8(a)和圖8(b)，當目標電壓矢量在第IV扇區(qū)時，設U12的作用時間為Tm^Uw 的作用時間為TlV14，零矢量的作用時間為TlVQ，目標電壓矢量為UlVRrf，開關管的作用周期為 TlVs，則
[01 27] T IVsUlVRef = TIVI2U12+TIVI4U14
[0128] Tivs = Τ ιν?4+Τ ιν?2+Τ ινο
[0129] 將上式求解，解得為：
[0132] Τινο = T ivs~T ivwT ιν?2
[0133] 圖9(a)為當目標電壓矢量在第V扇區(qū)時的控制矢量圖；
[0134] 圖9(b)為圖9(a)中合格電壓矢量和零矢量的作用順序及PWM波形。
[0135] 參見圖9(a)和圖9(b)，當目標電壓矢量在第V扇區(qū)時，設U4的作用時間為 作用時間為Tvi4，U6的作用時間為TV6，Ul5的作用時間為TV15，零矢量的作用時間為Τνο，目標電 壓矢量為UvRef，開關管的作用周期為TVs，則
[0136] TvsUvRef = Tv4U4+Tvi4Ul4+Tv6U6+Tvi5Ul5
[0137] Tvs = Tvi4+Tv4+Tvi5+Tv6+Tv〇
[0138] 為保證得出確切的解，約束d3-q3子空間的合成矢量為0,即：
[0144] Τν?5 = 0·618*Τν6
[0145] Tvo = Tvs-Tvi4~Tv4-Tvi5-Tv6
[0146] 當目標電壓矢量分別在第VI扇區(qū)、第VII扇區(qū)、第VI扇區(qū)、第IX扇區(qū)、第X扇區(qū)時，合 格電壓矢量的作用時間的計算方法分別于當目標電壓矢量在第v扇區(qū)、第IV扇區(qū)、第m扇 區(qū)、第π扇區(qū)、第I扇區(qū)時的合格電壓矢量的作用時間的計算方法相對應，具體為：
[0147] 當目標電壓矢量在第VI扇區(qū)時，設U2的作用時間為TVI2，U7的作用時間為TVI7，U 6的 作用時間為Tvi6，Ul5的作用時間為TVI15,零矢量的作用時間為TviQ，目標電壓矢量為UviRef，開 關管的作用周期為T VIs，則
[0148] TvisUviRef = TVI2U2+TVI7U7+TVI6U6+TVII5U15 [01 49 ] Tvis = Tvi7+Tvi2+Tvil5+Tvi6+Tvi0
[0150]為保證得出確切的解，約束d3-q3子空間的合成矢量為0,即：
[0156] Τνι?5 = 0 ·618*Τν?6
[0157] Τνιο = Tvis-Tvi7-Tvi2-Tvii5-Tvi6
[0158] 當目標電壓矢量在第VII扇區(qū)時，設U3的作用時間為TVII3，U7的作用時間為Tvm，零 矢量的作用時間為Τνπο,目標電壓矢量為UviiRrf，開關管的作用周期為Tviis，貝lj
[0159] TviIsUviIRef = TVII3U3+TVII7U7
[0160] Tviis = Tvii7+Tvii3+Tvno
[0161] 將上式求解，解得為：
[0164] Tviio = Tviis-Tvii7-Tvii3
[0165] 當目標電壓矢量在第VIII扇區(qū)時，設山的作用時間為TVIm，U3的作用時間為Tvm 3， 零矢量的作用時間為TviIIQ，目標電壓矢量為UviIIRrf，開關管的作用周期為Tviiis，則
[0166] TviIIsUviIIRef = TviII3U3+TviIIlUl
[0167] Tviiis = Tviii3+Tviiii+Tviiio
[0168] 將上式求解，解得為：
[0171 ] Tviiio = Tviiis-Tviiii-Tviii3
[0172] 當目標電壓矢量在第IX扇區(qū)或第X扇區(qū)時，設U9的作用時間為TX9，山的作用時間為 Τχι，零矢量的作用時間為Τχο,目標電壓矢量為UxRrf，開關管的作用周期為Txs，則
[0173] TxsUxRef = Tx9U9+TxiUl
[0174] Txs = Tx9+Txi+Txo
[0175] 將上式求解，解得為：
[0178] Txo = Txs-Txi_Tx9
[0179] 根據(jù)所述零矢量和所述合格電壓矢量的作用時間輸出驅(qū)動開關管通斷的脈沖寬 度調(diào)制波形，具體為：
[0180] 本申請中采用以現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)為核心的控制系統(tǒng)，利用Verilog 語言編寫一個計數(shù)器產(chǎn)生的對稱連續(xù)的三角波，計數(shù)幅值為脈寬調(diào)制波形的周期值。根據(jù) 矢量作用時間在控制器中計算出比較器值CMPRx，然后將計數(shù)器的當前計數(shù)值與比較器值 CMPRx相比較，輸出正向輸出信號，即當計數(shù)值高于占空比時，脈寬調(diào)制波形輸出為高電平， 反之為低電平。而反向輸出信號為與正向輸出信號對應的互補信號。因此，同一橋臂上下開 關管輸出互補的PWM信號。
[0181] 通過脈沖寬度調(diào)制波形驅(qū)動開關管通斷從而合成目標電壓矢量。
[0182] 圖10為本申請根據(jù)不同的運行狀態(tài)采用不同的電機控制算法實施例的方法流程 圖；
[0183] 參加圖10,本申請還公開了一個根據(jù)不同的運行狀態(tài)采用不同的電機控制算法的 實施例，上述根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流判斷電機的運行狀態(tài)，具體包括：
[0184] 步驟1001:電機信號采集:測量電機的轉速和輸出相電流；
[0185] 步驟1002:故障狀態(tài)判斷:根據(jù)采集的電機的轉速和輸出相電流判斷電機的運行 狀態(tài);若電機運行狀態(tài)為正常狀態(tài)，則執(zhí)行步驟1003;若電機運行狀態(tài)為故障狀態(tài)，即一相 開路故障狀態(tài)，則執(zhí)行步驟1004;
[0186] 步驟1003:采用正常的空間矢量算法進行控制，并執(zhí)行步驟1005;
[0187] 步驟1004:采用本申請的基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法進行 控制;并執(zhí)彳丁步驟1005;
[0188] 步驟1005:根據(jù)步驟1003的算法或步驟1004的算法驅(qū)動開關管的通斷。
[0189 ]圖11為本申請基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法應用過程的系 統(tǒng)結構圖。
[0190]參見圖11，本申請的，應用本申請的基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控 制方法應用到系統(tǒng)時，所述系統(tǒng)包括:雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1101、矢量算法模1102、IGBT驅(qū)動模 塊1103、五相橋逆變模塊1104和電機1105。
[0191]所述雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1101用于測量電機1105的轉速和輸出相電流;根據(jù)所述電機 1105的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的目標電壓矢量的兩個電壓分量;所述目標電 壓矢量為電機1105-相開路故障后輸出電壓中消失的電壓矢量；
[0192] 所述矢量算法模塊1102用于確定未消失的電壓矢量，將所述未消失的電壓矢量按 照幅值大小分為大矢量、中矢量和小矢量;從所述未消失的電壓矢量中篩選合格電壓矢量； 利用所述合格電壓矢量和零矢量合成所述目標電壓矢量；
[0193] 所述利用所述合格電壓矢量和零矢量合成所述目標電壓矢量，具體包括：
[0194] 計算所述零矢量和每個所述合格電壓矢量的作用時間；
[0195] 根據(jù)所述零矢量和所述合格電壓矢量的作用時間輸出驅(qū)動開關管通斷的脈沖寬 度調(diào)制波形；
[0196] 通過脈沖寬度調(diào)制波形驅(qū)動開關管通斷從而合成目標電壓矢量。
[0197] 所述IGBT驅(qū)動模塊1103用于根據(jù)矢量算法模塊生成的脈沖寬度調(diào)制波形驅(qū)動開 關管的通斷。
[0198] 所述五相橋逆變模塊1104用于將產(chǎn)生的直流電轉換為交流電，驅(qū)動電機1105的運 轉。
[0199] 可選的，所述根據(jù)所述電機1105的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的目標電 壓矢量的兩個電壓分量，具體包括：
[0200] 將所述電機1105的轉速與給定轉速作差，經(jīng)比例積分控制器后輸出q軸的給定電 流；
[0201] 對所述電機1105的輸出相電流進行矢量變換，得到電機1105的q軸的輸出相電流 和d軸的輸出相電流；
[0202] 將所述q軸的給定電流與所述q軸的輸出相電流作差得到q軸電流差;將所述d軸的 給定電流與所述d軸的輸出相電流作差得到d軸電流差；
[0203] 將所述q軸電流差和所述d軸電流差經(jīng)矢量反變換得到靜止坐標系下的所述目標 電壓矢量的兩個電壓分量。
[0204] 本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的系統(tǒng) 而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說 明即可。
[0205] 本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說 明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù) 本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不 應理解為對本發(fā)明的限制。
【主權項】
1. 一種基于空間矢量的五相雙轉子永磁同步電機控制方法，其特征在于，包括： 測量電機的轉速和輸出相電流； 根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流計算靜止坐標系下的目標電壓矢量的兩個電壓分 量;所述目標電壓矢量為電機一相開路故障后輸出電壓中消失的電壓矢量； 根據(jù)所述兩個電壓分量確定所述目標電壓矢量所在扇區(qū)； 確定未消失的電壓矢量，將所述未消失的電壓矢量按照幅值大小分為大矢量、中矢量 和小矢量;從所述未消失的電壓矢量中篩選合格電壓矢量;利用所述合格電壓矢量和零矢 量合成所述目標電壓矢量;所述篩選合格電壓矢量的原則為:確定所述目標電壓矢量所在 扇區(qū)的兩個邊緣中的未消失的電壓矢量，在所述目標電壓矢量所在扇區(qū)的每個扇區(qū)邊緣中 的未消失的電壓矢量中均選取最合適的未消失的電壓矢量作為合格電壓矢量;若所述目標 電壓矢量所在扇區(qū)的某個邊緣中的電壓矢量全部消失，則從相鄰扇區(qū)的扇區(qū)邊緣中選取最 合適的未消失的電壓矢量作為合格電壓矢量;所述最合適的未消失的電壓矢量確定原則： 若存在大矢量，則選取大矢量為最合適的未消失的電壓矢量;若不存在大矢量而存在中矢 量，貝U選取中矢量為最合適的未消失的電壓矢量;若既不存在大矢量也不存在中矢量，貝 1J選 取小矢量為最合適的未消失的電壓矢量。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述電機的轉速和輸出相電流計 算靜止坐標系下的目標電壓矢量的兩個電壓分量，具體包括： 將所述電機的轉速與給定轉速作差，經(jīng)比例積分控制器后輸出q軸的給定電流； 對所述電機的輸出相電流進行矢量變換，得到電機的q軸的輸出相電流和d軸的輸出相 電流； 將所述q軸的給定電流與所述q軸的輸出相電流作差得到q軸電流差;將所述d軸的給定 電流與所述d軸的輸出相電流作差得到d軸電流差； 將所述q軸電流差和所述d軸電流差經(jīng)矢量反變換得到靜止坐標系下的所述目標電壓 矢量的兩個電壓分量。3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述合格電壓矢量和零矢量合成所述 目標電壓矢量，具體包括： 計算所述零矢量和每個所述合格電壓矢量的作用時間； 根據(jù)所述零矢量和所述合格電壓矢量的作用時間輸出驅(qū)動開關管通斷的脈沖寬度調(diào) 制波形； 通過脈沖寬度調(diào)制波形驅(qū)動開關管通斷從而合成目標電壓矢量。4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，從所述未消失的電壓矢量中篩選合格電壓 矢量，具體包括： 利用傳統(tǒng)扇區(qū)劃分方法將電壓矢量劃分為10個扇區(qū)，依次編號為I到X; 當目標電壓矢量在第I扇區(qū)或第Π 扇區(qū)時，選取第I扇區(qū)和第X扇區(qū)共同邊緣的小矢量 以及第π扇區(qū)和第m扇區(qū)共同邊緣的中矢量為合格電壓矢量； 當目標電壓矢量在第m扇區(qū)時，選取第π扇區(qū)和第m扇區(qū)共同邊緣的中矢量以及第m 扇區(qū)和第iv扇區(qū)共同邊緣的大矢量為合格電壓矢量； 當目標電壓矢量在第iv扇區(qū)時，選取第m扇區(qū)和第iv扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及第iv 扇區(qū)和第v扇區(qū)共同邊緣的大矢量為合格電壓矢量； 當目標電壓矢量在第V扇區(qū)時，選取第IV扇區(qū)和第V扇區(qū)共同邊緣的大矢量、第IV扇 區(qū)和第V扇區(qū)共同邊緣的中矢量、第V扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及第V扇區(qū)和 第VI扇區(qū)共同邊緣的中矢量為合格電壓矢量； 當目標電壓矢量在第VI扇區(qū)時，選取第V扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量、第V扇 區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的中矢量、第VI扇區(qū)和第W扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及第VI扇區(qū)和 第w扇區(qū)共同邊緣的中矢量為合格電壓矢量； 當目標電壓矢量在第W扇區(qū)時，選取第VI扇區(qū)和第w扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及第w 扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量為合格電壓矢量； 當目標電壓矢量在第ΥΠΙ扇區(qū)時，選取第w扇區(qū)和第VI扇區(qū)共同邊緣的大矢量以及第VI 扇區(qū)和第IX扇區(qū)共同邊緣的中矢量為合格電壓矢量； 當目標電壓矢量在第IX扇區(qū)或第X扇區(qū)時，選取第VI扇區(qū)和第IX扇區(qū)共同邊緣的中矢 量以及第I扇區(qū)和第X扇區(qū)共同邊緣的小矢量為合格電壓矢量。
【文檔編號】H02P29/028GK106026833SQ201610461418
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】趙靜, 關興, 高旭, 劉向東
【申請人】北京理工大學