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一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法技术方案

技术编号:19185493 阅读:34 留言:0更新日期:2018-10-17 02:03
本发明专利技术公开了一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法,利用参考转速和计算转速得到转速偏差经转速调节器生成参考转矩信号,然后将转矩磁链计算单元计算的转矩、磁链与计算的参考转矩以及给定的参考磁链信号计算得到转矩和磁链偏差,转矩和磁链偏差分别经一个滞环调节器得到转矩调节量和磁链调节量,再利用故障诊断模块确定两相永磁同步电机容错系统故障原因后得到故障信号,联合转矩调节量、磁链调节量和磁链矢量扇区号一起送入容错控制模块,根据故障信号确定不同的故障情况,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直接转矩控制。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。

A direct torque control method for two phase permanent magnet synchronous motor fault tolerant system

The invention discloses a direct torque control method for a two-phase permanent magnet synchronous motor fault-tolerant system. The reference torque signal is generated by the speed regulator through the speed deviation obtained by the reference speed and the calculated speed, and then the torque, the flux and the calculated reference torque calculated by the torque flux calculation unit and the given reference flux signal are obtained. Torque and flux deviation are calculated. Torque and flux deviation are obtained by a hysteresis regulator, respectively. Then fault diagnosis module is used to determine the fault reason of two-phase permanent magnet synchronous motor fault-tolerant system and fault signal is obtained. Torque regulation, flux regulation and flux vector sector number are combined. The fault-tolerant control module is fed together to determine different faults according to the fault signals, and the final inverter switching control signal is determined by choosing different switching vector tables to realize direct torque control of two-phase permanent magnet synchronous motor fault-tolerant system. The invention can effectively enhance the reliability and safety of two phase permanent magnet synchronous motor control system.

【技术实现步骤摘要】
一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法
本专利技术属于电力电子
,具体涉及一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法。
技术介绍
两相永磁同步电机的定子一般采用二个绕组,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。直接转矩控制(DirectTorqueControl,DTC)变频调速,是继矢量控制技术之后又一新型的高效变频调速技术。20世纪80年代中期,德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi教授分别提出了六边形直接转矩控制方案和圆形直接转矩控制方案。直接转矩控制技术用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系下计算与控制电动机的转矩,采用定子磁场定向,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。它省去了复杂的矢量变换与电动机的数学模型简化处理,没有通常的PWM信号发生器。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。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。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。
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直接转矩控制方法,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:一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法,确定两相永磁同步电机容错系统中两相永磁同步电机的转速偏差eω,并经转速调节器生成参考转矩信号计算两相静止坐标系下的电流Iα,Iβ和电压Vα,Vβ,然后根据电磁转矩Te、磁链幅值φ、磁链角θ、参考转矩信号以及参考磁链信号φ*计算得到转矩偏差和磁链偏差eT,eφ,转矩偏差和磁链偏差eT,eφ分别经滞环调节器得到转矩调节量HT和磁链调节量Hφ,再利用故障诊断模块得到故障信号FL,联合转矩调节量HT、磁链调节量Hφ和磁链矢量扇区号N一起送入容错控制模块,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Vk,实现两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制。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*为参考转速,ω为实际转速。具体的,利用电枢绕组A和电枢绕组B的相电流Ia,Ib和相电压Va,Vb计算两相静止坐标系下的电流Iα,Iβ和电压Vα,Vβ如下:其中,X=I或V。具体的,电磁转矩Te、磁链幅值φ和磁链角θ计算如下:Te=1.5p[φαIβ-φαIβ]θ=arctan(φβ/φα)其中,φα,φβ为电机定子磁链。具体的,联合转矩调节量HT、磁链调节量Hφ、转矩偏差和磁链偏差eT,eφ计算如下:其中,δ1,δ2分别为两个滞环控制器的设定容差常数值。具体的,逆变器故障信号FL定义如下:具体的,根据计算的磁链角θ和故障信号FL,分别查询容错逆变器健康运行时的磁链扇区所在扇区查询表和容错逆变器容错运行时的磁链扇区所在扇区查询表,得到容错逆变器健康运行和容错运行所对应的定子磁链矢量所在的扇区号N1,N2。进一步的,容错逆变器健康运行时的磁链扇区所在扇区查询表如下:容错逆变器容错运行时的磁链扇区所在扇区查询表如下:具体的,根据计算的定子磁链矢量所在扇区号N1,N2、滞环控制器输出联合转矩调节量HT、磁链调节量Hφ和逆变器故障信号FL查开关选择表得到驱动逆变器功率开关需要的电压矢量,当FL=0时,利用开关选择表I得到驱动逆变器功率开关需要的电压矢量Vm,m=0,1,2,3,4,5,6,7,8,9;当FL>0时,利用开关选择表II得到驱动逆变器功率开关需要的电压矢量Vn',n=0,1,2,3,4,5,6,7。进一步的,开关选择表I如下:开关选择表II如下: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直接转矩控制方法,利用转矩调节器和磁链调节器输出、磁链角选择不同故障下的开关矢量表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采用直接转矩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,系统采用的直接转矩控制技术用空间矢量的分析方法,直接在定子坐标系下计算与控制电动机的转矩,采用定子磁场定向,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,省去了复杂的矢量变换与电动机的数学模型简化处理,没有通常的PWM信号发生器。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。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。进一步的,系统根据不同的故障分别设计了对应的开关矢量表,可以在完成容错控制的基础上有效提高系统控制性能和响应速度。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系统在健康模式下的空间电压矢量分布图;图3为本专利技术两相永磁同步电机容错系统在故障模式下的空间电压矢量分布图;图4为本专利技术两相永磁同步电机容错控制系统结构图;图5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,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。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本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法,其特征在于,确定两相永磁同步电机容错系统中两相永磁同步电机的转速偏差eω,并经转速调节器生成参考转矩信号Te*,计算两相静止坐标系下的电流Iα,Iβ和电压Vα,Vβ,然后根据电磁转矩Te、磁链幅值φ、磁链角θ、参考转矩信号Te*以及参考磁链信号φ*计算得到转矩偏差和磁链偏差eT,eφ,转矩偏差和磁链偏差eT,eφ分别经滞环调节器得到转矩调节量HT和磁链调节量Hφ,再利用故障诊断模块得到故障信号FL,联合转矩调节量HT、磁链调节量Hφ和磁链矢量扇区号N一起送入容错控制模块,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Vk,实现两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制。

【技术特征摘要】
1.一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法,其特征在于,确定两相永磁同步电机容错系统中两相永磁同步电机的转速偏差eω,并经转速调节器生成参考转矩信号Te*,计算两相静止坐标系下的电流Iα,Iβ和电压Vα,Vβ,然后根据电磁转矩Te、磁链幅值φ、磁链角θ、参考转矩信号Te*以及参考磁链信号φ*计算得到转矩偏差和磁链偏差eT,eφ,转矩偏差和磁链偏差eT,eφ分别经滞环调节器得到转矩调节量HT和磁链调节量Hφ,再利用故障诊断模块得到故障信号FL,联合转矩调节量HT、磁链调节量Hφ和磁链矢量扇区号N一起送入容错控制模块,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Vk,实现两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制。2.根据权利要求1所述的一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法,其特征在于,参考转矩信号Te*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*为参考转速,ω为实际转速。3.根据权利要求1所述的一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法,其特征在于,利用电枢绕组A和电枢绕组B的相电流Ia,Ib和相电压Va,Vb计算两相静止坐标系下的电流Iα,Iβ和电压Vα,Vβ如下:其中,X=I或V。4.根据权利要求1所述的一种两相永磁同步电机容错系统直接转矩控制方法,其特征在于,电磁转矩Te、磁链幅值φ和磁链角θ计算如下:Te=1.5p[φαIβ-φαIβ]θ=arctan(φβ/φα)其中,φα,φβ为电机定子磁链。5.根据权利要求1所述的一种两相永磁同步电机容...

【专利技术属性】
技术研发人员:林海肖家博陈俊硕周熙炜陈金平司利云巩建英龚贤武
申请(专利权)人:长安大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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