多相电机的容错控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多相电机的容错控制方法和装置，该容错控制方法包括以下步骤：当多相电机的至少一相发生缺相故障时，获取未发生缺相故障的正常相的相电压和相电流；对正常相的相电压和相电流进行变换以得到两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；根据两相静止坐标系下的定子电流和定子电压获取转子磁链的幅值和相位以及多相电机的转速参数；根据转子磁链的相位对两相静止坐标系下的定子电流进行变换以得到两相旋转坐标系下的定子电流；根据转子磁链的幅值给定值、转速参数给定值、转子磁链的幅值、转速参数、转子磁链的相位以及两相旋转坐标系下的定子电流获取正常相的参考相电压，并根据正常相的参考相电压对多相电机进行控制。

【技术实现步骤摘要】
多相电机的容错控制方法和装置
本专利技术涉及多相电机控制
，特别涉及一种多相电机的容错控制方法和一种多相电机的容错控制装置。
技术介绍
在多相电机(相数>3)驱动系统中，由于相数的增加提高了电机系统冗余能力，当一相或者多相绕组发生故障，可通过相应的容错控制策略使剩余各相电流平衡，维持气隙磁链不变，保证电机继续平稳运行，使系统运行的可靠性大大增加。因此在电动汽车、轨道交通，船舶推进等场合得到了广泛应用。当多相感应电机出现某相绕组路断路故障时，转矩和转速不可避免地出现波动。为了维持电机的平稳运行，需要及时调整控制策略，消除转矩波动的影响。基于多相感应电机的容错控制策略主要采用基于磁势不变的容错控制策略，其中基于磁势不变的容错控制策略根据目标不同又分为定子铜耗约束、定子电流幅值最小约束和定子电流幅值相等约束，这些容错控制策略通常采用电流滞环方式产生PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)波，不可避免的带来了不可控谐波，降低了电机效率。多相感应电机驱动系统的高性能运行，通常釆用转速和电流双闭环的控制方式。对速度检测需要光电编码器、旋转变压器、磁编码器等传感器，增加了系统成本。同时，编码器对电机的运行环境要求高，给电机驱动系统带来安全隐患。无速度传感器技术的广泛研究，在速度检测传感器故障时为系统提供了备用方案，提高了电机驱动系统的可靠性，降低了经济成本。目前适应于多相感应电机的无速度传感器算法，主要有基于电机模型的开环速度估计方法，信号注入法，还有构建状态闭环观测器的方法，闭环观测器又可以分为全阶状态观测器、扩展卡尔曼滤波器、模型参考适应观测器和滑模观测器等。其中构建状态闭环观测器方法是当前研究的热点之一，这种方法直接或间接地从反电势中提取转速信号，通过电机的状态方程计算出所感应的电动势来进行转速的估计。由于反电势幅值与速度成正比，当转速很低甚至到零速时反电动势的信噪比小，加上其它的扰动因素，很难精确地估算出转子速度和磁链，故此种方法适用于电机的中高速转速辨识，这些方法的模型都是依据精确的电机数学模型，便于数字化实现，然而电机参数辨识困难且易受环境温度的影响，降低了速度估计的精度和鲁棒性。并且在多相感应电机处于某相开路故障时，由于电磁参数的改变，这种传统基于闭环观测器的无速度传感器算法在故障条件下无法对转速和磁链进行准确的观测，要想实现容错运行，必须对无速度传感器的控制方式进行改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种多相电机的容错控制方法，能够在多相电机发生任意缺相故障时，有效且准确地对多相电机的转速进行辨识，从而实现缺相故障下的无扰运行，并且还能够有效抑制谐波，提高多相电机的效率，增强整体电机驱动系统的稳定性。本专利技术的第二个目的在于提出一种多相电机的容错控制装置。为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出的多相电机的容错控制方法，包括以下步骤：当所述多相电机的至少一相发生缺相故障时，获取未发生缺相故障的正常相的相电压和相电流；对所述正常相的相电压和相电流进行变换以得到两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；根据所述两相静止坐标系下的定子电流和定子电压获取转子磁链的幅值和相位以及所述多相电机的转速参数；根据所述转子磁链的相位对所述两相静止坐标系下的定子电流进行变换以得到两相旋转坐标系下的定子电流；根据转子磁链的幅值给定值、转速参数给定值、所述转子磁链的幅值、所述转速参数、所述转子磁链的相位以及所述两相旋转坐标系下的定子电流获取所述正常相的参考相电压，并根据所述正常相的参考相电压对所述多相电机进行控制。另外，根据本专利技术上述实施例的多相电机的容错控制方法还可以具有如下附加的技术特征：具体地，所述根据转子磁链的幅值给定值、转速参数给定值、所述转子磁链的幅值、所述转速参数、所述转子磁链的相位以及所述两相旋转坐标系下的定子电流获取所述正常相的参考相电压包括：根据所述转子磁链的幅值和转子磁链的幅值给定值获取两相旋转坐标系下的参考电流的直轴分量，并根据所述转速参数和转速参数给定值获取两相旋转坐标系下的参考电流的交轴分量；分别对所述参考电流的直轴分量与所述两相旋转坐标系下的定子电流的直轴分量之差、所述参考电流的交轴分量与所述两相旋转坐标系下的定子电流的交轴分量之差进行准比例谐振调节，以得到两相旋转坐标系下的参考电压的直轴分量和交轴分量；根据所述两相旋转坐标系下的参考电压的直轴分量和交轴分量以及所述转子磁链的相位获取两相静止坐标系下的参考电压；对所述两相静止坐标系下的参考电压进行变换以得到所述正常相的参考相电压。根据本专利技术的一个实施例，所述多相电机的转速参数为所述多相电机的转子电角速度或转速。进一步地，根据单位正交解耦矩阵对所述正常相的相电压和相电流进行变换，以得到基波子空间下的两相静止坐标系下的定子电流和定子电压。具体地，所述根据所述两相静止坐标系下的定子电流和定子电压获取转子磁链的幅值和相位以及所述多相电机的转速参数包括：根据所述两相静止坐标系下的定子电流和定子电压，通过在至少一相发生缺相故障时的定子电流方程计算两相静止坐标系下的电流误差，并将所述电流误差经过饱和函数和滑模增益后得到滑模控制函数；将所述滑模控制函数经过低通滤波器滤波后得到等效滑模控制函数，并将所述等效滑模控制函数的负值积分得到两相静止坐标系下的磁链，以及进一步得到所述转子磁链的幅值和相位；根据所述等效滑模控制函数和所述两相静止坐标系下的磁链获取所述转子电角速度。根据本专利技术的一个实施例，所述多相电机为双三相感应电机，所述双三相感应电机包括A～F相，所述A～F相中的F相发生缺相故障，其中，所述单位正交解耦矩阵为：其中，所述定子电流方程和磁链方程为：其中，ψrα、ψrβ为所述两相静止坐标系下的磁链，isα、isβ为基波子空间下的两相静止坐标系下的定子电流，usα、usβ为基波子空间下的两相静止坐标系下的定子电压，ωr为所述转子电角速度，Tr为转子时间常数，Lr为转子电感，Lmd、Lmq为所述多相电机在至少一相发生缺相故障时两相旋转坐标系下的定转子互感，Lsq、Lsd为所述多相电机在至少一相发生缺相故障时两相旋转坐标系下的定子自感，σ1、σ2为直交轴电机漏磁系数，其中，其中，所述滑模函数为：其中，γ0为滑模增益，u(x)为饱和函数，其中，ε为正数，表示电流误差界限，ssα、ssβ为两相静止坐标系下的电流误差，所述等效滑模控制函数为：其中，μ为所述低通滤波器的参数。其中，所述两相静止坐标系下的转子磁链为：所述转子磁链的幅值和相位为：其中，ψr为所述转子磁链的幅值，θ为所述转子磁链的相位，其中，ωc为转子截止频率。其中，所述转子电角速度为：进一步地，根据旋转变换矩阵Te[2s/2r]和所述转子磁链的相位对所述两相静止坐标系下的定子电流进行变换以得到两相旋转坐标系下的定子电流，其中，其中，用于准比例谐振调节的比例谐振控制器的传递函数为：其中，Kp为所述比例谐振控制器的比例系数，Kr为所述比例谐振控制器的谐振系数，ωk为谐振频率。其中，所述正常相的参考相电压为：其中，根据本专利技术实施例的多相电机的容错控制方法，能够在多相感应电机发生任意缺相故障时，有效且准确地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相电机的容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：当所述多相电机的至少一相发生缺相故障时，获取未发生缺相故障的正常相的相电压和相电流；对所述正常相的相电压和相电流进行变换以得到两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；根据所述两相静止坐标系下的定子电流和定子电压获取转子磁链的幅值和相位以及所述多相电机的转速参数；根据所述转子磁链的相位对所述两相静止坐标系下的定子电流进行变换以得到两相旋转坐标系下的定子电流；根据转子磁链的幅值给定值、转速参数给定值、所述转子磁链的幅值、所述转速参数、所述转子磁链的相位以及所述两相旋转坐标系下的定子电流获取所述正常相的参考相电压，并根据所述正常相的参考相电压对所述多相电机进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种多相电机的容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：当所述多相电机的至少一相发生缺相故障时，获取未发生缺相故障的正常相的相电压和相电流；对所述正常相的相电压和相电流进行变换以得到两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；根据所述两相静止坐标系下的定子电流和定子电压获取转子磁链的幅值和相位以及所述多相电机的转速参数；根据所述转子磁链的相位对所述两相静止坐标系下的定子电流进行变换以得到两相旋转坐标系下的定子电流；根据转子磁链的幅值给定值、转速参数给定值、所述转子磁链的幅值、所述转速参数、所述转子磁链的相位以及所述两相旋转坐标系下的定子电流获取所述正常相的参考相电压，并根据所述正常相的参考相电压对所述多相电机进行控制。2.根据权利要求1所述的多相电机的容错控制方法，其特征在于，所述根据转子磁链的幅值给定值、转速参数给定值、所述转子磁链的幅值、所述转速参数、所述转子磁链的相位以及所述两相旋转坐标系下的定子电流获取所述正常相的参考相电压具体包括：根据所述转子磁链的幅值和转子磁链的幅值给定值获取两相旋转坐标系下的参考电流的直轴分量，并根据所述转速参数和转速参数给定值获取两相旋转坐标系下的参考电流的交轴分量；分别对所述参考电流的直轴分量与所述两相旋转坐标系下的定子电流的直轴分量之差、所述参考电流的交轴分量与所述两相旋转坐标系下的定子电流的交轴分量之差进行准比例谐振调节，以得到两相旋转坐标系下的参考电压的直轴分量和交轴分量；根据所述两相旋转坐标系下的参考电压的直轴分量和交轴分量以及所述转子磁链的相位获取两相静止坐标系下的参考电压；对所述两相静止坐标系下的参考电压进行变换以得到所述正常相的参考相电压。3.根据权利要求2所述的多相电机的容错控制方法，其特征在于，根据单位正交解耦矩阵对所述正常相的相电压和相电流进行变换，以得到基波子空间下的两相静止坐标系下的定子电流和定子电压。4.根据权利要求3所述的多相电机的容错控制方法，其特征在于，所述根据所述两相静止坐标系下的定子电流和定子电压获取转子磁链的幅值和相位以及所述多相电机的转速参数具体包括：根据所述两相静止坐标系下的定子电流和定子电压，通过在至少一相发生缺相故障时的定子电流方程计算两相静止坐标系下的电流误差，并将所述电流误差经过饱和函数和滑模增益后得到滑模函数；将所述滑模函数经过低通滤波器滤波后得到等效滑模函数，并将所述等效滑模函数的负值积分得到两相静止坐标系下的磁链，以及进一步得到所述转子磁链的幅值和相位；根据所述等效滑模控制函数和所述两相静止坐标系下的磁链获取所述转子电角速度。5.根据权利要求4所述的多相电机的容错控制方法，其特征在于，所述多相电机为双三相感应电机，所述双三感应相电机包括A～F相，所述A～F相中的F相发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿乙文，李永岗，郑鹏飞，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32