一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法，计算电机转速和转子位置信号，给定参考转速和计算转速通过数学运算得到转速偏差经转速调节器生成参考交轴电流信号，然后将给定的参考直轴电流信号、计算得到的参考交轴电流信号和计算的转子位置信号联合经过ipark坐标变换计算得到两相静止坐标系下的参考电流，再利用故障诊断模块得到故障信号，联合参考电流、检测的两相电流一起送入滞环容错控制模块得到滞环控制输出量，根据故障信号确定不同故障情况，选择不同开关矢量表确定最终逆变器开关控制信号，实现两相永磁同步电机容错系统矢量控制。本发明专利技术可以有效增强两相永磁同步电机控制系统的可靠性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法
本专利技术属于
，具体涉及一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法。
技术介绍
两相永磁同步电机的定子一般采用两个绕组，两相绕组通常按照90电角度分开放置。两相永磁同步驱动通常使用相位互差90度的两相正弦波电压驱动，其驱动的方法比较简单并且有效降低驱动硬件成本。对于低成本应用领域，由于没有专门两相供电，所以一般使用单相电，通过在其中一相里串电容形成相位差，产生起动转矩，现在电冰箱、空调、洗衣机中较多使用的就是这种电机。矢量控制技术是上世纪60年代末由达姆斯塔特工业大学(TUDarmstadt)的K.Hasse针对异步电机驱动首先提出的。随后在70年代初由西门子工程师F.Blaschke在不伦瑞克工业大学(TUBraunschweig)发表的博士论文中提出三相电机磁场定向控制方法，通过异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制交流电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对交流电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制交流电动机转矩的目的。目前两相电机多采用四开关逆变器驱动技术、六开关逆变器驱动技术和八开关逆变器驱动技术等。较多采用的控制方法有矢量控制和直接转矩控制等。八开关逆变器拓扑结构在两相交流驱动技术中的输出功率最大，控制性能优异如图1所示。然而，在八开关逆变器两相永磁同步驱动中，逆变器的功率开关故障率较高。在使用较为频繁的场合，系统会经常出现功率开关短路或断路故障，制约了两相电机的应用推广。因此，有必要提出一种容错技术来解决这个难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种两相永磁同步电机容错系统矢量控制方法，可以有效增强两相永磁同步电机控制系统的可靠性和安全性。本专利技术采用以下技术方案：一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法，根据电机的参考转速ω*得到转速偏差eω并经转速调节器生成参考交轴电流信号然后将给定的参考直轴电流信号参考交轴电流信号和转子位置信号θ经坐标变换得到两相静止坐标系下的参考电流再利用故障诊断模块得到故障信号FL，联合参考电流检测的相电流iα,iβ一起送入滞环容错控制模块得到滞环控制输出量Hm(Hn)，根据故障信号FL确定不同的故障情况，选择不同的开关矢量表确定最终的逆变器开关控制信号Vm(Vn)，实现两相永磁同步电机容错系统矢量控制。具体的，参考转矩信号计算如下：其中，Kp为比例常值系数，Ki为积分常值系数，eω＝ω*-ω，ω为电机转速；具体的，两相静止坐标系下的参考电流计算如下：进一步的，两相静止坐标系下的相电流iα,iβ计算如下：其中，ia,ib为电流传感器检测的电枢绕组A和电枢绕组B的相电流。具体的，逆变器故障信号FL定义如下：进一步的，当FL＝0，电流偏差Em和电流滞环控制量Hm计算如下：其中，m＝1,2，δm为滞环控制器的设定容差常数值。进一步的，当FL＝0，利用电流滞环控制量Hm计算逆变器开关状态矩阵Vm如下：其中，二维开关状态矩阵Vm内部的四个量分别代表着连接到电机第m个绕组的两个开关桥臂上四个开关管对应的开关状态信号。进一步的，当FL＞0，电流偏差En和电流滞环控制量Hn计算如下：其中，n＝1,2,3，δn为滞环控制器的设定容差常数值。进一步的，当FL＞0，逆变器开关状态矩阵Vn计算如下：其中，Hn为电流滞环控制量。进一步的，由于此时系统一个开关桥臂因故障退出运行，系统将剩下三个正常开关桥臂，逆变器开关状态矩阵Vn内部的两个量分别代表连接到电机绕组第n个开关桥臂上两个开关管对应的开关状态信号。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术公开了一种两相永磁同步电机容错系统矢量控制方法，利用参考两相电流与检测得到的电机两相电流经过滞环容错控制模块选择不同故障下的滞环输出量，再经过PWM生成模块就可以获取两相永磁同步电机容错逆变器的各个桥臂的开关触发信号，从而实现基于矢量控制的两相永磁同步电机容错控制，可以迅速实现系统中常规八开关逆变器切换为六开关逆变器的硬件重构方式，该方法简单有效，可以保证了系统在单相桥臂故障时保证系统的可持续工作能力。进一步的，系统采用的矢量控制技术用空间矢量的控制方法，矢量控制应用，采用电流偏差作为输入量，借助于离散的两点式调节(Band-Band)产生PWM波信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它的控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。可以使永磁同步电动机的调速可获得和直流电动机相媲美的高精度和快速响应性能。永磁同步电动机的转子结构又比直流电动机简单、坚固，且转子无碳刷滑环等电气接触点，故应用前景十分广阔。进一步的，通过检测电机定子绕组的电流很容易判断出该相绕组可能发生的故障，比如电流超过系统设定的阀值，该相绕组可能短路故障；如果该相电流在一定的时间内为零值，该相绕组可能发生断路的故障。具体的故障诊断方法在很多文献中都可以容易查到。综上所述，本专利技术的容错系统及其控制技术具有很强的实用性和通用性，它们也可以适用于多种不同类型的两相电机，如两相永磁同步电机、两相无刷直流电机、两相开关磁阻电机和两相步进电机等。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术两相永磁同步电机四相容错逆变器结构图；图2为本专利技术两相永磁同步电机容错控制系统结构图；图3为本专利技术两相永磁同步电机容错控制方法流程图。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术提供了一种两相永磁同步电机容错系统，如图1所示。包括四个逆变器桥臂、四个快速熔断保险丝以及两个双向晶闸管；四个逆变器桥臂并联后与公共直流电源相接；一个双向晶闸管的两端分别连接电枢绕组A和电枢绕组B的一个端口，另一个双向晶闸管的两端分别连接电枢绕组A和电枢绕组B的另一个端口，且电枢绕组A的两个端口分别通过快速熔断保险丝与两个逆变器桥臂中点相连，电枢绕组B的两个端口分别通过快速熔断保险丝与另外两个逆变器桥臂中点相连。当系统逆变器的任意一个桥臂发生故障的时候，利用提出的容错控制方法可以迅速实现系统中常规八开关逆变器切换为六开关逆变器的硬件重构方式，该方法简单有效，可以保证了系统在单相桥臂故障时保证系统的可持续工作能力。请参阅图1，两相永磁同步电机容错系统包括逆变器桥臂La，逆变器桥臂Lb，逆变器桥臂Lx和逆变器桥臂Ly，它们分别通过快速熔断保险丝Fa，快速熔断保险丝Fb，快速熔断保险丝Fx和快速熔断保险丝Fy以连接到电枢绕组A和电枢绕组B的四个绕组终端，保证在任意一个桥臂发生故障后，由于故障导致该相绕组电流急剧增大，当超过所连接的保险丝额定电流值的时候，保险丝熔断。该故障桥臂将自动从控制系统中移除，保证了系统快速去除系统中故障源，为后面的容错控制的有效执行奠定基础。；逆变器桥臂La，逆变器桥臂Lb，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法，其特征在于，根据电机的参考转速ω

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法，其特征在于，根据电机的参考转速ω*得到转速偏差eω并经转速调节器生成参考交轴电流信号然后将给定的参考直轴电流信号参考交轴电流信号和转子位置信号θ经坐标变换得到两相静止坐标系下的参考电流再利用故障诊断模块得到故障信号FL，联合参考电流检测的相电流iα,iβ一起送入滞环容错控制模块得到滞环控制输出量Hm(Hn)，根据故障信号FL确定不同的故障情况，选择不同的开关矢量表确定最终的逆变器开关控制信号Vm(Vn)，实现两相永磁同步电机容错系统矢量控制。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法，其特征在于，参考转矩信号计算如下：其中，Kp为比例常值系数，Ki为积分常值系数，eω＝ω*-ω，ω为电机转速。3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法，其特征在于，两相静止坐标系下的参考电流计算如下：4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法，其特征在于，两相静止坐标系下的相电流iα,iβ计算如下：其中，ia,ib为电流传感器检测的电枢绕组A和电枢绕组B的相电流。5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机容错系统矢量控制方法，其特征在于，逆变...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海，刘家毓，龚贤武，陈金平，司利云，周熙炜，巩建英，陈俊硕，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61