一种九相磁通切换永磁电机的缺相容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种九相磁通切换永磁电机的缺相容错控制方法，利用九相系统自身的冗余特性及谐波电流补偿容错控制策略，当电机绕组或者驱动系统出现一相断路或短路等引起的缺相故障时，通过在线实时计算铜耗最小边界条件下3、5、7次谐波电流瞬时值，并对谐波电流进行闭环解耦控制，电机能从九相正常态平滑过渡到八相故障状态且保持输出转速和转矩均不变，实现驱动系统的无扰运行，满足如轨道交通、电动汽车等高可靠性应用领域对系统连续运行能力的要求；九相磁通切换永磁电机的设计，保留该特种电机高转矩密度的同时降低了电磁转矩脉动率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，利用九相系统自身的冗余特性及谐波电流补偿容错控制策略，当电机绕组或者驱动系统出现一相断路或短路等引起的缺相故障时，通过在线实时计算铜耗最小边界条件下3、5、7次谐波电流瞬时值，并对谐波电流进行闭环解耦控制，电机能从九相正常态平滑过渡到八相故障状态且保持输出转速和转矩均不变，实现驱动系统的无扰运行，满足如轨道交通、电动汽车等高可靠性应用领域对系统连续运行能力的要求；九相磁通切换永磁电机的设计，保留该特种电机高转矩密度的同时降低了电磁转矩脉动率。【专利说明】
本专利技术涉及一种九相磁通切换永磁电机缺相容错控制方法，属于电机驱动技术。
技术介绍
近年来，多相技术己成功应用在大功率电机驱动系统领域。与基于三相电机的调速系统相比，多相系统减小了转矩脉动，降低了对开关器件容量的要求。此外，多相系统具有很强的容错能力。由于自身所具备的冗余特性，在一相或几相山现故障后，通过适当的容错控制就可以使电机在故障状态下仍能平稳运行且无需增加额外硬件成本。目前，国内外诸多学者致力于电机系统容错技术的研究。在电机本体方面，研究较为广泛的是转子永磁式容错(Rotor-PM Fault Tolerant, RPMFT)电机和开关磁阻(Switched-Reluctance, SR)电机。这两种容错电机结构在具有较高容错性能的同时，分别在功率密度和系统可靠度方面有着各自的弊端。因此，结合它们的优点，研究新型的高可靠性、高功率密度、高效容错电机结构系统成为当前研究的重点。另一方面，目前国内外都对一种定子永磁型磁通切换电机(Flux SwitchingPermanent Magnet Motor, FSPM)系统展开了广泛而深入的研究，比如:英国Sheffield大学Z.Q.Zhu教授比较了磁通切换永磁电机在不同绕组绕制方法下的电磁性能，指出采用绕组隔齿绕制的FSPM电机每相绕组自感更大，互感自感比更小，具备一定的容错潜质。南京航空航天大学邓智泉教授采用定子多齿结构，也能实现较小的互感自感比，具有较好的故障隔离能力。但目 前的研究大多集中在FSPM电机本体容错能力设计上，针对该类电机的故障容错控制很少有研究报道。多相电机系统缺相运行是目前研究的热点，在这方面己有大量相关研究成果。一般而言，基于合成磁势不变原理的容错控制策略得到了广泛的研究，这种方法通过重新设置缺相后各相电流的幅值和相位以得到和缺相前相同的健康旋转磁势，以维持电机的正常运转。然而，得到的解往往并不唯一，可以通过最优化方法从中寻找出使某一性能指标达到最优的结果，但该方法需要离线求解复杂的方程组，无法在线计算得到容错电流的瞬时值，缺乏通用性及实用性。此外，由于没有分析缺相后多相谐波子空间谐波分量，该算法在电流控制时只能采用滞环比较的方法。因此，本专利技术提出一种九相磁通切换永磁电机的缺相容错控制策略具有重要的理论和实践意义。
技术实现思路
专利技术目的:针对上述现有技术，提出，能够在线求解各子空间谐波电流分量从而实现九相电机的缺相容错运行控制。技术方案:，通过光电编码器、包括一个转速外环和八个电流内环的矢量控制模块、空间矢量脉宽调制模块以及九相电压型逆变器对九相磁通切换永磁电机进行控制，包括如下具体步骤:步骤I)，通过光电编码器测量关计算得到电机的转子位置Θ ^和转子实际转速ωr ；步骤2)，将电机给定转速值< 和所述实际转速比较后，通过转速外环的PI调节器得到给定电磁转矩基波交轴电流分量/ ,步骤3)，检测九相磁通切换永磁电机绕组实际电流信号h~i9，并经过park变换得到电磁转矩实际基波直轴电流idl、实际基波交轴电流iql以及实际h次谐波交、直轴电流工北、iqh ;步骤4)，定义谐波补偿电流在线生成算法表达式为:【权利要求】1.，其特征在于:通过光电编码器、包括一个转速外环和八个电流内环的矢量控制模块、空间矢量脉宽调制模块以及九相电压型逆变器对九相磁通切换永磁电机进行控制，包括如下具体步骤: 步骤I)，通过光电编码器测量并计算得到电机的转子位置Θ ^和转子实际转速COd 步骤2)，将电机给定转速值<和所述实际转速比较后，通过转速外环的PI调节器得到给定电磁转矩基波交轴电流分量~ 步骤3)，检测九相磁通切换永磁电机绕组实际电流信号I1~i9，并经过park变换得到电磁转矩实际基波直轴电流idl、实际基波交轴电流iql以及实际h次谐波交、直轴电流idh、Iqh ; 步骤4)，定义谐波补偿电流在线生成算法表达式为: 【文档编号】H02P21/14GK103973191SQ201410141221【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日 【专利技术者】程明, 於锋, 花为, 邹国棠 申请人:东南大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种九相磁通切换永磁电机的缺相容错控制方法，其特征在于：通过光电编码器、包括一个转速外环和八个电流内环的矢量控制模块、空间矢量脉宽调制模块以及九相电压型逆变器对九相磁通切换永磁电机进行控制，包括如下具体步骤：步骤1)，通过光电编码器测量并计算得到电机的转子位置θr和转子实际转速ωr；步骤2)，将电机给定转速值和所述实际转速ωr比较后，通过转速外环的PI调节器得到给定电磁转矩基波交轴电流分量步骤3)，检测九相磁通切换永磁电机绕组实际电流信号i1～i9，并经过park变换得到电磁转矩实际基波直轴电流id1、实际基波交轴电流iq1以及实际h次谐波交、直轴电流idh、iqh；步骤4)，定义谐波补偿电流在线生成算法表达式为：i‾hα*i‾hβ*=-ξ(Σh=3,5,7[cos2(h(k-1)γ)+sin2(h(k-1)γ)])-1.cos(h(k-1)γ)cos((k-1)γ)cos(h(k-1)γ)sin((k-1)γ)sin(h(k-1)&gamma;)cos((k-1)γ)sin(h(k-1)γ)sin((k-1)γ)i‾1α*i‾1β*]]>其中，为所述给定电磁转矩基波交、直轴电流分量经过park反变换后得到的两相静止交流坐标下的给定电流分量；为缺相故障后在线生成的谐波电流分量；ξ为故障状态变量，正常态时值为0，故障态时值为1；h指谐波子空间次数，k指故障相，γ值为2π／9；当电机正常态或者故障态运行时，根据所述给定电磁转矩基波交轴电流分量给定电磁转矩基波直轴电流分量通过谐波补偿电流在线生成算法得到电磁转矩给定h次谐波交、直轴电流分量步骤5)，将电磁转矩给定h次谐波交、直轴电流分量通过park变换得到两相静止坐标系下电磁转矩给定h次谐波交、直轴电流分量步骤6)，将所述电磁转矩给定h次谐波交、直轴电流分量和实际h次谐波交、直轴电流idh、iqh比较后，通过电流内环的PI调节器得到电机相绕组给定谐波参考电压调制信号同时，将所述给定电磁转矩基波交轴电流分量给定电磁转矩基波直轴电流分量和电磁转矩实际基波直轴电流id1、实际基波交轴电流iq1比较后，通过电流内环的PI调节器得到电机相绕组给定基波参考电压调制信号步骤7)，将所述各绕组给定参考电压调制信号经过空间矢量脉宽调制模块得到九相电压型逆变器各桥臂调制信号后，作用于九相磁通切换永磁电机。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程明，於锋，花为，邹国棠，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32