基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法及系统，其中，该方法针对具有对称型绕组的多相电机构成的调速系统，包括以下步骤：构造重构矢量，并利用重构矢量对电流指令进行重新分配，得到最小损耗电流指令值；将电机实际相电流进行Park变换，得到电流反馈值；并将其与最小损耗电流指令值输入正负序PI电流控制器中，计算得到正负序坐标下的电机电压指令；对电机电压指令反Park变换，得到各相电压指令；通过正弦波脉宽调制方法将各相电压指令输出，完成电机电流的最优容错控制。该方法可以通过在线计算得到任意断相故障下，最大负载范围内任意负载大小下具有最小损耗的电流指令值，实现极佳的转矩脉动抑制效果。

Optimal fault tolerant control method and system of polyphase motor based on online current optimization

【技术实现步骤摘要】
基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法及系统
本专利技术涉及电力电子技术与控制理论在电力传动中的应用
，特别涉及一种基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法及系统。
技术介绍
多相电机是指具有大于三套独立绕组的电机，与传统的三相电机相比，多相电机具有容易实现更高功率、转矩脉动小和可靠性较高的优点，因此在船舶推进、舰船综合电力系统中都有着很重要的应用。在多相电机调速系统的设计中容错运行能力对整个系统的可靠性有着重要的影响。容错运行，指多相电机在某几相绕组发生故障退出运行后，调速系统利用剩余正常相绕组继续运行并继续提供一定的功率，容错运行能力在船舶等对可靠性要求较高的行业当中有着重要的应用。然而，如果不采用特殊的容错控制方法，多相电机容错运行时的性能会发生较大的劣化。而适当容错控制方法对容错运行时性能的提升主要可以从三个方面来实现。第一，容错运行时，多相电机将丧失原有的对称性，导致输出转矩产生较大脉动，因此需要设计合适的容错控制方法来抑制甚至消除转矩的脉动；第二，容错运行时，由于正常运行的绕组数量降低，功率输出能力将受到限制，容错控制方法应当在保证电机绕组不发生局部过热的前提下尽量提高最大输出功率；第三，由于容错运行时可行的电流指令通常不唯一，此时若可以选择损耗较小甚至最小的电流指令，可以有效提升系统的能量转换效率。目前在多相电机的容错控制方面已经出现了大量的研究成果，主要方案可分为鲁棒容错控制、重构解耦控制和最优电流控制三类，然而它们在以上三个容错控制性能方面都有一定的局限性。鲁棒容错控制对转矩脉动的抑制能力较差，并且计算量较大不利于实时控制的实现。重构解耦控制虽然有很好的转矩脉动抑制能力，但是控制方法中的解耦矩阵的构造非常复杂并且与电机故障相的数量与位置有关，难以适应实际情况中可能出现的多种故障类型。而已有的采用PR控制器或者正负序PI控制器的最优电流容错控制方法，虽然可以实现较低的转矩脉动，但是严重依赖于离线获得的最优电流指令，由于多相电机的故障类型和故障情况下的负载情况多变，而控制器的存储容量通常十分有限，存储的最优电流指令也只能是有限个，因此传统的离线优化方法也不可能在所有故障类型下实现最小损耗与最大功率输出范围。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法及系统，以用于解决传统的离线优化方法不可能在所有故障类型下实现最小损耗与最大功率输出范围。本专利技术一方面实施例提供一种基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法，包括以下步骤：构造重构矢量，并利用所述重构矢量对电流指令进行重新分配，得到最小损耗电流指令值；获取电机实际相电流，并将所述电机实际相电流进行Park变换，得到电流反馈值；将所述电流反馈值与所述最小损耗电流指令值输入正负序PI电流控制器中，计算得到正负序坐标下的电机电压指令；对所述电机电压指令进行反Park变换，得到各相电压指令；以及通过SPWM正弦波脉宽调制方法将所述各相电压指令输出，以完成电机电流的最优容错控制。本专利技术另一方面实施例提供一种基于在线电流优化多相电机最优容错控制系统，包括：分配模块，用于构造重构矢量，并利用所述重构矢量对电流指令进行重新分配，得到最小损耗电流指令值；变换模块，用于获取电机实际相电流，并将所述电机实际相电流进行Park变换，得到电流反馈值；计算模块，用于将所述电流反馈值与所述最小损耗电流指令值输入正负序PI电流控制器中，计算得到正负序坐标下的电机电压指令；反变换模块，用对所述电机电压指令进行反Park变换，得到各相电压指令；以及输出模块，用于通过SPWM正弦波脉宽调制方法将所述各相电压指令输出，以完成电机电流的最优容错控制。本专利技术的技术方案，至少实现了如下有益的技术效果：1)通用性较强，可适用于多种具有不同相数以及中性点连接方式的对称多相电机的最优容错控制；2)基于在线优化计算的方法确定最优电流指令，与传统的离线优化算法相比，不仅节省了控制器的存储空间和离散优化所需要的时间，还可在任何断相故障情况和负载大小情况下实现最小损耗的容错控制；3)实现了最大功率输出范围的前提下可保证最小的损耗，已有方法往往只能保证最大功率输出范围或最小损耗二者之一。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例所提供的基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法流程图；图2为根据本专利技术实施例中基于在线电流指令优化的的对称多相电机全局最小损耗控制算法的控制原理框图；图3为根据本专利技术实施例在故障工况下负载较小时的最小损耗电流指令优化算法框图；图4为根据本专利技术实施例在故障工况下全负载范围内的最小损耗电流指令优化算法框图；图5为根据本专利技术实施例在故障工况下电流控制器原理图；图6为根据本专利技术实施例在实验中运行时，发生断相故障各瞬间电流波形变化图；图7为根据本专利技术实施例在实验中运行时，在某一断相故障下逐渐增加负载大小过程中电流波形变化图；图8为根据本专利技术实施例中基于在线电流优化的多相电机最优容错控制系统的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例的基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法及系统，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法。图1是本专利技术一个实施例的基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法流程图。如图1所示，该方法针对具有对称型绕组的多相电机构成的调速系统，包括以下步骤：在步骤S101中，构造重构矢量，并利用重构矢量对电流指令进行重新分配，得到最小损耗电流指令值。具体地，利用电机正常工况与单相断相故障时的最小损耗电流指令，构造重构矢量，利用重构矢量将发生断相故障相原有的电流指令与正常相超出额定值限制部分的电流指令进行重新分配，反复迭代后就可以得到特定故障工况、特定负载大小下的最小损耗电流指令值。在步骤S102中，获取电机实际相电流，并将电机实际相电流进行Park变换，得到电流反馈值。在步骤S103中，将电流反馈值与最小损耗电流指令值输入正负序PI电流控制器中，计算得到正负序坐标下的电机电压指令。需要说明的是，电机实际相电流不能直接被正负序PI电流控制器控制，需要将电机实际相电流进行Park变换，得到电流反馈值，将电流反馈值和最小损耗电流指令值一同输入所述正负序PI电流控制器中。在步骤S104中，对电机电压指令进行反Park变换，得到各相电压指令。也就是说，将多相电机的电流反馈值进行Park变换，得到正负序坐标系下的电流反馈值，将电流反馈值和步骤S101中求出的电流指令值输入正负序PI电流控制器中，可计算得到正负序坐标下的电机电压指令，将电压指令进行反Park变换即可得到各相的电压指令.在步骤S105中，通过SPWM正弦波脉宽调制方法将各相电压指令输出，以完成电机电流的最优容错控制。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：构造重构矢量，并利用所述重构矢量对电流指令进行重新分配，得到最小损耗电流指令值；获取电机实际相电流，并将所述电机实际相电流进行Park变换，得到电流反馈值；将所述电流反馈值与所述最小损耗电流指令值输入正负序PI电流控制器中，计算得到正负序坐标下的电机电压指令；对所述电机电压指令进行反Park变换，得到各相电压指令；以及通过SPWM正弦波脉宽调制方法将所述各相电压指令输出，以完成电机电流的最优容错控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于在线电流优化的多相电机最优容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：构造重构矢量，并利用所述重构矢量对电流指令进行重新分配，得到最小损耗电流指令值；获取电机实际相电流，并将所述电机实际相电流进行Park变换，得到电流反馈值；将所述电流反馈值与所述最小损耗电流指令值输入正负序PI电流控制器中，计算得到正负序坐标下的电机电压指令；对所述电机电压指令进行反Park变换，得到各相电压指令；以及通过SPWM正弦波脉宽调制方法将所述各相电压指令输出，以完成电机电流的最优容错控制。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述构造重构矢量，并利用所述重构矢量进行重新分配，得到最小损耗电流指令值进一步包括：利用多相电机正常工况与单相断相故障时的最小损耗电流指令，构造所述重构矢量；将发生单断相故障相原有的电流指令与正常相超出额定值限制部分的电流指令进行重新分配，得到所述最小损耗电流指令值。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，在重新分配后，反复迭代得到预设故障工况和预设负载大小下的所述最小损耗电流指令值。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述电机实际相电流不能直接被所述正负序PI电流控制器控制，需要将所述电机实际相电流进行Park变换，得到所述电流反馈值，将所述电流反馈值和所述最小损耗电流指令值一同输入所述正负序PI电流控制器中。5.一种基于在...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙嘉伟，郑泽东，李永东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11