The invention discloses a predictive fault-tolerant control method based on virtual voltage vector model. The motor realizes open-circuit fault-tolerant control by combining the idea of finite set model predictive control with the idea of basic voltage vector synthesis. The invention uses a reduced-order decoupling matrix to calculate the voltage space vector distribution of the motor under the decoupling matrix. On this basis, the virtual voltage vector is synthesized according to the principle of minimizing copper consumption, and the discrete mathematical equation of the motor after open-circuit fault is deduced. The control model is established and the output power is judged by the value function. The virtual voltage vector needed by the optimal current output at the next time is generated by the PWM module to realize the open-circuit fault-tolerant control of the virtual voltage vector. The invention can reduce the calculation amount, improve the current waveform of the motor, and then reduce the torque fluctuation, and has a great application prospect.
【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟电压矢量模型预测容错控制方法
本专利技术涉及电工、电机设计及控制、航天航空、电动汽车领域,尤其涉及五相永磁电机的容错控制策略。适用于航空航天,电动汽车等对可靠性要求较高的场合。
技术介绍
随着永磁电机的广泛运用在电动汽车,航空航天等对高可靠性有很高要求的场合,因此,电机在故障之后可以无扰运行越来越受到国内外学者的重视进而成为新的研究热点,因此容错控制算法的效果及是否易于实现成为容错控制算法能否应用于实际的关键因素。多相电机因为相数带来了更多的自由度,使得能够在不改变硬件的前提下实现电机开路之后的勿扰运行,实现无扰运行的前提时故障前后磁动势保证不变,通常通过调整电流幅值和相位实现。电机的开路故障一直时电机在应用过程中最长见的故障之一,因此,目前国内外学者对电机容错控制的研究有很大部分都是针对电机绕组开路故障的研究。目前,国内外学者对开路容错控制算法的研究主要集中在基于矢量控制的容错控制以及基于直接转矩控制的容错控制。其中直接转矩的容错控制还是基于最基本的开关表加滞环控制器的容错策略且研究的较少,大多数学者的控制策略还是以矢量控制的容错为主。电机矢量控制是经典的控制策略,在一般的调速应用中,通常采用速度环加电流环的控制结构,而容错控制的实现一般是根据电机故障的特点,对电流环重新设计,以实现电机故障后的勿扰运行。最简单的方法是采用滞环控制器实现电机的容错控制,方法简单易懂,实现起来也很方便,但是滞环控制带来了频率不固定的缺陷,且损耗较大,目前已经很少有对滞环实现开路容错控制的研究。采用双PI控制器的容错控制策略可以实现开关频率固定,控制效果也较好,但 ...
【技术保护点】
1.一种基于虚拟电压矢量模型预测容错控制方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1.根据五相电机开路故障建立降维的容错解耦矩阵;步骤2.根据所建立的容错解耦矩阵求解此时在一维两相静止坐标系下的电压uα,uβ,以及三维静止坐标系下的电压uy;步骤3.根据uα,uβ,uy画出此时的五相电机开路之后的电压矢量分布图;步骤4.根据容错之后损耗最小的原则合成五相电机开路之后的电压矢量分布图;步骤5.将合成之后的虚拟电压矢量所需的开关状态及对应的占空比写进查找表;步骤6.列写出五相电机开路之后的离散数学方程;步骤7.根据步骤1所列的容错解耦矩阵写出对应的价值函数;步骤8.在每个控制周期,将每个存储在查找表内的虚拟电压矢量代入电机的离散方程求解每个电压矢量对应的电流值;步骤9.价值函数评判出下一时刻预测电流值与给定电流值误差最小的电压矢量;步骤10.通过PWM波形生成模块发出所需的逆变器开关序列。
【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟电压矢量模型预测容错控制方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1.根据五相电机开路故障建立降维的容错解耦矩阵;步骤2.根据所建立的容错解耦矩阵求解此时在一维两相静止坐标系下的电压uα,uβ,以及三维静止坐标系下的电压uy;步骤3.根据uα,uβ,uy画出此时的五相电机开路之后的电压矢量分布图;步骤4.根据容错之后损耗最小的原则合成五相电机开路之后的电压矢量分布图;步骤5.将合成之后的虚拟电压矢量所需的开关状态及对应的占空比写进查找表;步骤6.列写出五相电机开路之后的离散数学方程;步骤7.根据步骤1所列的容错解耦矩阵写出对应的价值函数;步骤8.在每个控制周期,将每个存储在查找表内的虚拟电压矢量代入电机的离散方程求解每个电压矢量对应的电流值;步骤9.价值函数评判出下一时刻预测电流值与给定电流值误差最小的电压矢量;步骤10.通过PWM波形生成模块发出所需的逆变器开关序列。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电压矢量模型预测容错控制方法,其特征在于:所述步骤1的五相电机开路故障建立降维的容错解耦矩阵为:3.根据权利要求2所述的一种基于虚拟电压矢量模型预测容错控制方法,其特征在于:所述步骤2的电压uα,uβ,以及三维静止坐标系下的电压uy为:式中uα,uβ,为五相电机基波平面的两相静止坐标系下的电压矢量,uy时五相电机三次平面在两相静止坐标系下的电压矢量,sb,sc,sd,se为正常相B、C、D、E相的开关信号。4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电压矢量模型预测容错控制方法,其特征在于:所述步骤3中,五相电机绕组开路之后该相电流变为0,连接A相的逆变器失去作用,电压矢量由25个减小24个;根据解耦矩阵求解出uα,uβ,uy,其中uy是三维平面静止坐标系下的电压,对转矩的产生没有作用,只产生损耗,5相电机一相开路之后还有24个矢量,其中包括两个零矢量,因此在单位电压下,基波空间矢量写为复数形式分别为如下:基波平面uαβ1=0.2236-i0.3804,位于第一象限,与之对应的三次平面uy1=-i0.2351;基波平面uαβ2=-0.2236-i0.2351,位于第三象限,与之对应的三次平面uy2=-i0.3804;基波平面uαβ3=-i0.6155,位于负虚轴,与之对应的三次平面uy3=i0.1453;基波平面uαβ4=-0.2236+i0.2351,位于第二象限,与之对应的三次平面uy4=-i0.3804;基波平面uαβ5=-i0.1453,位于负虚轴,与之对应的三次平面uy5=-i0.6155;基波平面uαβ6=-0.4472,位于负实轴,与之对应的三次平面uy6=0;基波平面uαβ7=-0.2236-i0.3804,位于第三象限,与之对应的三次平面uy7=-i0.2351;基波平面uαβ8=0.2236+i0.3804,位于第一象限,与之对应的三次平面uy8=i0.2351;基波平面uαβ9=0.4472,位于正实轴,与之对应的三次平面uy9=0;基波平面uαβ10=i0.1453,位于正虚轴,与之对应的三次平面uy10=i0.6155;基波平面uαβ11=0.2236-i0.2351,位于第四象限,与之对应的三次平面uy11=i0.3804;基波平面uαβ12=i0.6155,位于正虚轴...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵文祥,陶涛,陈仲华,朱纪洪,
申请(专利权)人:江苏大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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