一种直线电机单相电流传感器容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种直线电机单相电流传感器容错控制(fault tolerant Control，FTC)方法，该方法包括以下步骤：(1)通过速度调节器得到dq轴参考电流；(2)通过dq轴参考电流和电流传感器得到dq轴测量电流；(3)通过电流调节器得到dq轴调节电压；(4)通过电压解耦器得到dq轴参考电压；(5)通过SVPWM模块得到开关信号；(6)逆变器执行开关信号命令，实现容错控制。本发明专利技术不增加硬件系统的成本，与现有的FTC方法相比，本发明专利技术不增加硬件系统的成本，具有良好的鲁棒性和更好的瞬态性能，同时可以实现驱动系统启动过程。

A Fault Tolerant Control Method for Single Phase Current Sensor of Linear Motor

【技术实现步骤摘要】
一种直线电机单相电流传感器容错控制方法
本专利技术属于电机驱动与控制
，尤其涉及一种直线电机单相电流传感器容错控制方法。
技术介绍
矢量控制又称为磁场定向控制，将定子电流矢量进行坐标变换，以实现控制解耦的目的，能得到类似直流调速系统的动、静态性能，目前已广泛应用于直线电机调速系统中。正常情况下，单电机的高性能控制的实现需要用到三个电流传感器。一个直流母线电流传感器与两个相电流传感器。目前，减少电流传感器数量的控制方法主要体现以下两种：(1)单直流母线电流传感器此种控制方法通过硬件电路测量外部直流母线电流，在由相电流与直流母线电流的对应关系来重构三相电流。此种控制方法需要添加新的硬件，且结构简单，易于实现，然而，由于一个开关周期内仅仅能测得一相电流，这将导致三相电流在短时间内无法获得均等的重构机会。因此，直流母线电流一旦出现长时间沦陷在某一相的情况，此种控制方法将带来较大的电流误差，势必降低驱动系统的控制性能。(2)无电流传感器容错控制目前的无电流传感器控制主要是根据外部直流母线电压、动子位置角和电机的数学模型来计算三相电流。然而，三相电流的计算精度依赖数学模型中的电机参数，而且受电机参数变化的影响很大。因此，电机参数的严格要求降低了无电流传感器控制的鲁棒性，降低了控制系统的可靠性。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出了一种直线电机单相电流传感器容错控制方法。该方法能够减少电流传感器的使用数量，从而降低电机驱动控制成本，减小控制系统体积，提高控制系统的可靠性。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种直线电机单相电流容错控制方法，所述方法包括如下步骤：(1)根据直线电机的硬件电路测量得到直线电机的A相测量电流iam、B相测量电流ibm，由读数头和光栅尺测量得到直线电机的实际速度v与动子电角度θe；(2)通过直线电机速度调节器得到直线电机的q轴参考电流，设定直线电机的d轴参考电流为0；Δv＝v*-v其中，v*表示直线电机的速度参考值，v表示直线电机的速度实际值，Δv表示速度偏差量，分别表示的直线电机的d轴、q轴电流参考值，分别表示直线电机的速度调节器比例系数、积分系数。(3)计算直线电机的dq轴测量电流：(3.1)得到直线电机的αβ轴估测电流：其中，γ表示α轴和A相之间的夹角，和分别表示直线电机正常状态或者B相故障状态下的αβ轴估测电流(γ＝0)；和分别表示直线电机A相故障状态下的αβ轴估测电流(γ＝120°)，θe表示直线电机的动子电角度。(3.2)得到直线电机的αβ轴测量电流：其中，和分别表示直线电机正常状态或者B相故障状态下的αβ轴测量电流(γ＝0)；和分别表示直线电机A相故障状态下的αβ轴测量电流(γ＝120°)。(3.3)根据直线电机的αβ轴测量电流得到直线电机的故障诊断值：其中，Ith表示直线电机的故障诊断模块的起始值，且大于零；Fx表示直线电机的故障值，Fa＝1表示直线电机的A相电流传感器发生故障，Fa＝0表示直线电机的A相电流传感器正常；Fb＝1表示直线电机的B相电流传感器发生故障，Fb＝0表示直线电机的B相电流传感器正常。(3.4)得到αβ轴优化测量电流：正常状态下，αβ轴优化测量电流：A相故障状态下：B相故障状态下：则αβ轴优化测量电流：(3.6)由直线电机的同步电流发生模块得到dq轴测量电流：其中，直线电机的正常状态或者B相故障状态下，γ＝0；否则γ＝120°；(4)计算直线电机的dq轴参考电压：(4.1)通过电流调节器得到直线电机的dq轴调节电压：其中，Δud、Δuq分别表示直线电机的d轴、q轴调节电压，分别表示直线电机d轴电流调节器比例系数、积分系数，分别表示直线电机q轴电流调节器比例系数、积分系数；(4.2)计算直线电机的dq轴参考电压：其中，τs、Ldc、Rs、ψpm分别表示直线电机的定子极距、dq轴电感、电阻、永磁磁链，分别表示直线电机的dq轴参考电压；(5)直线电机的单电流传感器容错控制：(5.1)得到直线电机的开关信号，dq轴参考电压经过SVPWM模块计算得到开关信号；(5.2)将开关信号送到逆变器执行，从而实现直线电机的单电流传感器容错控制。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益技术效果：(1)相比于现有的FTC控制，本专利技术首次使用了电压解耦模块，增强了系统的动态响应；(2)与现有的FTC方法相比，本专利技术可以全速度运行，为驱动系统的启动过程提供了理论与实验的技术支持；(3)本专利技术的技术方案具有鲁棒性强、响应速度快等优势。附图说明图1是容错控制流程图；图2是不同空间坐标系分布图；图3是直线电机的速度响应图；图4是直线电机的A相电流测量图；图5是直线电机的d轴测量电流和估测电流图；图6是直线电机的q轴测量电流和估测电流图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。本专利技术所述的一种直线电机单相电流容错控制方法，所述方法包括如下步骤：(1)根据直线电机的硬件电路测量得到直线电机的A相测量电流iam、B相测量电流ibm，由读数头和光栅尺测量得到直线电机的实际速度v与动子电角度θe；(2)通过直线电机速度调节器得到直线电机的q轴参考电流，设定直线电机的d轴参考电流为0；Δv＝v*-v其中，v*表示直线电机的速度参考值，v表示直线电机的速度实际值，Δv表示速度偏差量，分别表示的直线电机的d轴、q轴电流参考值，分别表示直线电机的速度调节器比例系数、积分系数。(3)计算直线电机的dq轴测量电流：(3.1)得到直线电机的αβ轴估测电流：其中，γ表示α轴和A相之间的夹角，和分别表示直线电机正常状态或者B相故障状态下的αβ轴估测电流(γ＝0)；和分别表示直线电机A相故障状态下的αβ轴估测电流(γ＝120°)，θe表示直线电机的动子电角度。(3.2)得到直线电机的αβ轴测量电流：其中，和分别表示直线电机正常状态或者B相故障状态下的αβ轴测量电流(γ＝0)；和分别表示直线电机A相故障状态下的αβ轴测量电流(γ＝120°)。(3.3)根据直线电机的αβ轴测量电流得到直线电机的故障诊断值：其中，Ith表示直线电机的故障诊断模块的起始值，且大于零；Fx表示直线电机的故障值，Fa＝1表示直线电机的A相电流传感器发生故障，Fa＝0表示直线电机的A相电流传感器正常；Fb＝1表示直线电机的B相电流传感器发生故障，Fb＝0表示直线电机的B相电流传感器正常。(3.4)得到αβ轴优化测量电流：正常状态下，αβ轴优化测量电流：A相故障状态下：B相故障状态下：则αβ轴优化测量电流：(3.6)由直线电机的同步电流发生模块得到dq轴测量电流：其中，直线电机的正常状态或者B相故障状态下，γ＝0；否则γ＝120°；(4)计算直线电机的dq轴参考电压：(4.1)通过电流调节器得到直线电机的dq轴调节电压：其中，Δud、Δuq分别表示直线电机的d轴、q轴调节电压，分别表示直线电机d轴电流调节器比例系数、积分系数，分别表示直线电机q轴电流调节器比例系数、积分系数；(4.2)计算直线电机的dq轴参考电压：其中，τs、Ldc、Rs、ψpm分别表示直线电机的定子极距、dq轴电感、电阻、永磁磁链，分别表示直线电机的dq轴参考电压；(5)直线电机的单电流传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直线电机单相电流容错控制方法，其特征在，所述方法包括如下步骤：(1)根据直线电机的硬件电路测量得到直线电机的A相测量电流iam、B相测量电流ibm，由读数头和光栅尺测量得到直线电机的实际速度v与动子电角度θe；(2)通过直线电机速度调节器得到直线电机的q轴参考电流，设定直线电机的d轴参考电流

【技术特征摘要】
1.一种直线电机单相电流容错控制方法，其特征在，所述方法包括如下步骤：(1)根据直线电机的硬件电路测量得到直线电机的A相测量电流iam、B相测量电流ibm，由读数头和光栅尺测量得到直线电机的实际速度v与动子电角度θe；(2)通过直线电机速度调节器得到直线电机的q轴参考电流，设定直线电机的d轴参考电流为0；(3)计算直线电机的dq轴测量电流；(4)计算直线电机的dq轴参考电压；(5)根据所述dq轴参考电压实现直线电机的单电流传感器容错控制。2.根据权利要求1所述的一种直线电机单相电流容错控制方法，其特征在，步骤(2)中，计算直线电机的q轴参考电流，方法如下：Δv＝v*-v其中，v*表示直线电机的速度参考值，v表示直线电机的速度实际值，Δv表示速度偏差量，分别表示的直线电机的d轴、q轴电流参考值，分别表示直线电机的速度调节器比例系数、积分系数。3.根据权利要求2所述的一种直线电机单相电流容错控制方法，其特征在，步骤(3)中，计算直线电机的dq轴测量电流，方法如下：(3.1)计算直线电机的αβ轴估测电流：其中，γ表示α轴和A相之间的夹角，和分别表示直线电机正常状态或者B相故障状态下的αβ轴估测电流，此时γ＝0；和分别表示直线电机A相故障状态下的αβ轴估测电流，此时γ＝120°，θe表示直线电机的动子电角度；(3.2)计算得到直线电机的αβ轴测量电流：其中，和分别表示直线电机正常状态或者B相故障状态下的αβ轴测量电流，此时γ＝0；和分别表示直线电机A相故障状态下的αβ轴测量电流，此时γ＝120°，iam，ibm分别表示直线电机的A相和B相测量电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，冯亚南，程明，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32