一种电力驱动电机的智能控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电力驱动电机的智能控制方法，该控制方法采用电机的两套绕组通过PI控制器、积分限幅器、预测控制器、逆变器进行电动状态带动负载运行，具有较好地调速性能，且因采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后特性，提高了系统的带宽和动态性能，最后还增加了余度通信、故障诊断器、位置信号故障检测与校对功能，能分别对控制系统是否存在绕组断路、短路或位置信号故障进行诊断与处理。本发明专利技术简单易行，具有智能化、高可靠性等特点，能够很好地实现对系统断路、短路或位置信号故障的容错控制，适用于对动态性能以及可靠性要求较高的电力驱动场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电机控制技术的领域，尤其是涉及一种电力驱动电机的智能控制方 法。
技术介绍
随着电力电子技术、电力传动技术的日益发展，电机控制系统现已得到了广泛的 应用。但近几年，随着新能源、电力系统以及科技的不断发展，很多电力驱动系统用电机控 制场合对其动态性能、可靠性以及智能化上提出了较高的要求。目前电力驱动系统用电机控制方法仍存在一些不足或待改进之处：其可靠性不够 高，当系统出现绕组断路、短路或位置信号故障时无法很好地进行检测与诊断，不能实现高 容错运行特性；且其电动驱动负载时采用的电流PI控制器，存在固有的滞后特性，从而会 影响系统的动态性能和限制系统带宽的增加，响应速度受限。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种电力驱动电机的智能 控制方法，使其简单易行，能够使具有智能化、高可靠性等特点，能够很好地实现对系统断 路、短路或位置信号故障的容错控制。 为了实现上述目的，本专利技术提供了，该方法步 骤如下： (1)通过霍尔传感器采集电力驱动电机两套绕组（绕组a、b、C和绕组X、y、Z)中 各自的电流ia、ib、i。和ix、iy、iz，然后将其分别通过abc/dq变换器得到d-q坐标系下各自 实际电流值idl、iqJPid2、iq2; (2)通过位置检测器1和位置检测器2分别检测采集得到电力驱动电机的转子位 置信号9JP9 2，再分别对采集到的转子位置信号进行微分得到对应的速度信号转子机械 角速度，当位置检测器1或位置检测器2出现故障时，通过位置信号故障检测与 校对实现对位置检测器是否存在故障进行检测判断，同时校对出正确的位置信号代替检测 出有故障的位置信号； (3)给逆变器1和逆变器2分别供给直流母线电压Veo和VDe2，将给定转速《 /和 反馈的速度?^分别送入PI控制器1、积分限幅器1和PI控制器2、积分限幅器2进行 处理，得到给定电流i/、iq2%再将给定的d-q轴电流i/、i/以及i/、id/分别送入预测控 制器1和预测控制器2,其中i/= 0、id/= 0,同时将上一次输出的d-q轴电压U/(k-1)、 U/(k_l)和1^*(卜1)、U/(k_l)以及上一次反馈回来的电流idl (k-1)、iql (k-1)和id2(k_l)、 iq2 (k_l)分别一同送入预测控制器I和预测控制器2,得到预测出的d-q轴电压U/(k)、 U/(k)和Ud/(k)、U/(k)，其预测表达式为： Udl*(k) =A1Idl (k-1)+A2idl*(k)+A3Iql (k-1)+A4Udl*(k-1) Uql* (k) =B1Iql (k-l)+B2iql*(k)+B3idl(k_l)+B4Uql* (k-1) Ud2* (k) =C1id2 (k-1) +C2id2* (k) +C3iq2 (k-1) +C4Ud2* (k-1) Uq2*(k) =DiidD+Dd/GO+Dd^k-D+DW/Gc-l) 其中，k为第k个控制周期，k-1表示第k-1个周期，即上一个周期，U/(k)、U/(k) 和1^/(1〇、Uq/(k)分别为预测出的第k个控制周期的d-q轴电压，i/(k)、i/(k)和id/(k)、 iq2*(k)分别为第k个控制周期内给定的d-q轴电流，八1為為、八4为1]/(1〇的调节参数，81、 B2、B3、B4SU/(k)的调节参数，Q、C2、C3、(：4为Ud/(k)的调节参数，D2、D3、04为Uq/(k) 的调节参数，根据电机自身不同的特性决定； (4)将预测控制器1和预测控制器2得到的预测出的d-q轴电压U/(k)、U/(k) 和Ud/(k)、U/(k)分别经过Park反变换得到电压Ual'Uf^和Ua2'Ufi2'再送入电压空间 矢量脉宽调制（SVPffM)中得到各自功率管开通、关断的脉宽调制信号，再分别通过逆变器1 和逆变器2输出电机的各相电流来控制电机跟随给定信号智能运行； (5)通过故障诊断器和余度通信功能，对控制系统是否存在断路故障进行诊断与 处理，根据断路故障诊断方法，如果诊断出发生断路故障，则切除故障态的一套绕组（绕组 a、b、c或绕组x、y、z)，同时通过余度通信功能向正常的一套绕组发送故障信号，增加正常 的一套绕组的输出功率，使其由故障前输出的50%功率变为故障后输出100%的功率，其 中所述的断路故障诊断方法的具体步骤为： (5. 1)将采集到的电流ia、ib、i。、ix、iy、iz分别代入各相电流诊断方程处理得到各 相的电流诊断值Igd6te^其各相电流诊断方程为： 其中，tfh=nTs，Ts为采样周期，n为经历的采样周期个数，g=a,b,c,X，y,z; (5. 2)将处理得到的各相电流诊断值，代入断路故障诊断方程处理得到各相绕组 是否出现断路的表示值，其断路故障诊断方程为： 其中，Kg为各相绕组是否出现断路的表示值，其值为0表示出现断路，为1表示正 常； (5. 3)根据处理得到的各相绕组是否出现断路的表示值，代入断路故障处理方程 得到断路故障态时应切除哪一套绕组的表示值，其断路故障处理方程为： 其中，S1为是否应切除绕组a、b、c这一套绕组的表示值，S2为是否应切除绕组X、 y、z这一套绕组的表示值，其值为1表示应该切除，为0表示不切除； (6)通过故障诊断器和余度通信功能，对控制系统是否存在短路故障进行诊断与 处理，若诊断出通过某相绕组的瞬时电流高于两倍的额定电流，则可诊断出该相绕组发生 短路故障，则切除故障态的一套绕组（绕组a、b、c或绕组x、y、z)，同时将故障套绕组对应 逆变器所有的上桥臂IGBT或所有的下桥臂IGBT进行短接，同时通过余度通信功能向正常 的一套绕组发送故障信号，增加正常的一套绕组的输出功率，使其输出100%的功率，进而 保证系统输出功率不变，实现电力驱动电机的智能容错控制。 与现有技术相比，本专利技术的主要优势在于： 本专利技术提供了，其采用电机的两套绕组通过PI 控制器、积分限幅器、预测控制器、逆变器进行电动状态带动负载运行，具有较好地调速性 能，且因采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后 特性，提高了系统的带宽和动态性能，最后还增加了余度通信、故障诊断器、位置信号故障 检测与校对功能，能分别对控制系统是否存在绕组断路、短路或位置信号故障进行诊断与 处理。本专利技术简单易行，具有智能化、高可靠性等特点，能够很好地实现对系统断路、短路或 位置信号故障的容错控制，适用于对动态性能以及可靠性要求较高的电力驱动场合。【附图说明】 图1为原理框图。【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行详细说明，以便本领域的技术人员更 好地理解本专利技术。 如图1所示，是本专利技术所述的的具体实施方 式，其具体实施步骤为： (1)通过霍尔传感器采集电力驱动电机两套绕组（绕组a、b、c和绕组x、y、z)中 各自的电流ia、ib、i。和ix、iy、iz，然后将其分别通过abc/dq变换器得到d-q坐标系下各自 实际电流值idl、iqJPid2、iq2; (2)通过位置检测器1和位置检测器2分别检测采集得到电力驱动电机的转子位 置信号9JP9 2，再分别对采集到的转子位置信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力驱动电机的智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过霍尔传感器采集电力驱动电机两套绕组(绕组a、b、c和绕组x、y、z)中各自的电流ia、ib、ic和ix、iy、iz，然后将其分别通过abc/dq变换器得到d‑q坐标系下各自实际电流值id1、iq1和id2、iq2；(2)通过位置检测器1和位置检测器2分别检测采集得到电力驱动电机的转子位置信号θ1和θ2，再分别对采集到的转子位置信号进行微分得到对应的速度信号转子机械角速度ωr1和ωr2，当位置检测器1或位置检测器2出现故障时，通过位置信号故障检测与校对实现对位置检测器是否存在故障进行检测判断，同时校对出正确的位置信号代替检测出有故障的位置信号；(3)给逆变器1和逆变器2分别供给直流母线电压VDC1和VDC2，将给定转速ωr*和反馈的速度ωr1、ωr2分别送入PI控制器1、积分限幅器1和PI控制器2、积分限幅器2进行处理，得到给定电流iq1*、iq2*，再将给定的d‑q轴电流iq1*、id1*以及iq2*、id2*分别送入预测控制器1和预测控制器2，其中id1*＝0、id2*＝0，同时将上一次输出的d‑q轴电压Ud1*(k‑1)、Uq1*(k‑1)和Ud2*(k‑1)、Uq2*(k‑1)以及上一次反馈回来的电流id1(k‑1)、iq1(k‑1)和id2(k‑1)、iq2(k‑1)分别一同送入预测控制器1和预测控制器2，得到预测出的d‑q轴电压Ud1*(k)、Uq1*(k)和Ud2*(k)、Uq2*(k)，其预测表达式为：Ud1*(k)＝A1id1(k‑1)+A2id1*(k)+A3iq1(k‑1)+A4Ud1*(k‑1)Uq1*(k)＝B1iq1(k‑1)+B2iq1*(k)+B3id1(k‑1)+B4Uq1*(k‑1)Ud2*(k)＝C1id2(k‑1)+C2id2*(k)+C3iq2(k‑1)+C4Ud2*(k‑1)Uq2*(k)＝D1iq2(k‑1)+D2iq2*(k)+D3id2(k‑1)+D4Uq2*(k‑1)其中，k为第k个控制周期，k‑1表示第k‑1个周期，即上一个周期，Ud1*(k)、Uq1*(k)和Ud2*(k)、Uq2*(k)分别为预测出的第k个控制周期的d‑q轴电压，id1*(k)、iq1*(k)和id2*(k)、iq2*(k)分别为第k个控制周期内给定的d‑q轴电流，A1、A2、A3、A4为Ud1*(k)的调节参数，B1、B2、B3、B4为Uq1*(k)的调节参数，C1、C2、C3、C4为Ud2*(k)的调节参数，D1、D2、D3、D4为Uq2*(k)的调节参数，根据电机自身不同的特性决定；(4)将预测控制器1和预测控制器2得到的预测出的d‑q轴电压Ud1*(k)、Uq1*(k)和Ud2*(k)、Uq2*(k)分别经过Park反变换得到电压Uα1*、Uβ1*和Uα2*、Uβ2*，再送入电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)中得到各自功率管开通、关断的脉宽调制信号，再分别通过逆变器1和逆变器2输出电机的各相电流来控制电机跟随给定信号智能运行；(5)通过故障诊断器和余度通信功能，对控制系统是否存在断路故障进行诊断与处理，根据断路故障诊断方法，如果诊断出发生断路故障，则切除故障态的一套绕组(绕组a、b、c或绕组x、y、z)，同时通过余度通信功能向正常的一套绕组发送故障信号，增加正常的一套绕组的输出功率，使其由故障前输出的50％功率变为故障后输出100％的功率，其中所述的断路故障诊断方法的具体步骤为：(5.1)将采集到的电流ia、ib、ic、ix、iy、iz分别代入各相电流诊断方程处理得到各相的电流诊断值Igdetect，其各相电流诊断方程为：Igdetect=1nTs∫t1t2|ig|dt]]>其中，t2‑t1＝nTs，Ts为采样周期，n为经历的采样周期个数，g＝a,b,c,x,y,z；(5.2)将处理得到的各相电流诊断值，代入断路故障诊断方程处理得到各相绕组是否出现断路的表示值，其断路故障诊断方程为：Kg=0,Igdetect=01,otherwise]]>其中，Kg为各相绕组是否出现断路的表示值，其值为0表示出现断路，为1表示正常；(5.3)根据处理得到的各相绕组是否出现断路的表示值，代入断路故障处理方程得到断路故障态时应切除哪一套绕组的表示值，其断路故障处理方程为：S1=1,Ka·Kb·Kc=00,otherwise]]>S2=1,Kx·Ky·Kz=00,otherwise]]>其中，S1为是否应切除绕组a、b、c这一套绕组的表示值，S2为是否应切除绕组x、y、z这一套绕组的表示值，其值为1表示应该切除，为0表示不切除；(6)通过故障诊断器和余度通...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石成富，李喜生，蒋顺恺，
申请(专利权)人：石成富，
类型：发明
国别省市：重庆;85