五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法技术

本发明专利技术公开了五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法，包括如下步骤：步骤1，根据正常五相永磁同步电机运行状态推导出两相故障模式下的推广Clarke变换矩阵并修正，对剩余正常相进行坐标变换；步骤2，根据开关状态和坐标变换后的电流计算出故障模式下定子电压和磁链，对比正常状态下的磁链，设计修正系数并矫正磁链，并根据矫正后的磁链矢量角度划分扇区，对比参考值获得磁链幅值变化；步骤3，设计转矩估算器：对比参考值获得转矩变化；步骤4，步骤2和3获得的扇区，磁链幅值变化和转矩变化，采用直接转矩方法选择开关表，计算出u

Improved fault tolerant control method of five phase permanent magnet synchronous motor with two phase fault flux linkage

【技术实现步骤摘要】
五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法
本专利技术属于永磁同步电机容错控制领域，尤其涉及一种五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法。
技术介绍
近年来舰船领域不断取得惊人成就，国际形势愈发激烈，对舰船的要求也越发严格。作为舰船的核心动力电力推进装置是否能够可靠运行关系到在战争中舰船的生命力。当今社会常用的推进电机有高温超导同步电机，感应电机，直流电机和永磁同步电机等。和其他电机相比，五相永磁同步电机具有功率和容量大、可控自由度更高、噪音低等优点，能够在很大程度上提升舰船推进系统的性能。直接转矩控制(directtorquecontrol,DTC)具有计算简单、参数要求数量少、转矩响应速度快等一系列优点在电机控制领域得到广泛认可。当下，五相永磁同步电机的DTC策略得到了世界各国学者的广泛关注。主要有以下几种方法：基于虚拟空间电压矢量的DTC策略，但是磁链和转矩仍需采用滞环控制。所以存在转矩和磁链脉动大、逆变器开关频率不恒定等问题。以铜损最小原则针对五相感应电机开路故障，提出基于虚拟空间电压矢量表的DTC策略。但是结果确是输出转矩和磁链脉动大于正常情况。磁链改进容错控制策略是基于故障前后磁动势不变原则和DTC特点，推导出两相开路故障下的推广Clarke变换矩阵。然后对两相坐标系下的磁链系数进行修正。
技术实现思路
为解决电机出现多相故障情况下不能继续运行的问题，本专利技术提出一种能够有效解决在五相永磁同步电机中出现的两相故障下不能够继续有效运行的问题，提高电机的容错运行能力。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法，该方法包括以下步骤：步骤1，推导五相永磁同步电机BE两相开路故障模式运行下的修正克拉克变换矩阵Tclarke为：采样电流ia、ic、id，利用Clarke变换到两相静止坐标系下为iα、iβ。步骤2，推导出故障模式下定子电压和磁链公式：LS表示电感矩阵，ψf表示磁链系数。正常模式下定子磁动势Fα、Fβ为：N为绕组函数；步骤3，对磁链公式进行系数修正，修正磁链的公式为：ψ'α＝1.456ψαψ'β＝3.618ψβ则修正后的磁链方程如下，Rs为电机绕阻本专利技术的有益效果：1、采用类似三相电机的方式处理五相电机两相故障，将电流进行克拉克变换，降低了计算量；2、对定子磁链进行修正，使得五相电机即使出现两相故障，定子磁链仍然能维持圆形，电机仍能继续工作，实现容错运行的目的；3、采用直接转矩控制方法，省去采用矢量控制的复杂计算，节约成本。附图说明图1是五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制原理示意框图；图2是五相永磁同步电机BE相故障下ia，ic，id通过修正后Clarke变换；图3是剩余非故障相电压计算；图4是进行磁链改进。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，为五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制原理示意框图，通过如下步骤实现：步骤1，对两相故障电机进行解耦分析，在正常运行模式下的克拉克变换矩阵基础上进行推导得出两相开路故障模式下的推广克拉克变换矩阵，将剩余三相电流通过推广克拉克矩阵变换到两相静止坐标系(α-β)下得到电流矢量iα、iβ。步骤2，根据开关状态和直流电压计算出两相静止坐标系下的电压矢量uα、uβ，根据iα、iβ、uα、uβ设计磁链观测器对比正常五相永磁同步电机运行状态，设计适当系数对定子磁链进行矫正使其在两相静止坐标系下运行轨迹恢复为圆形，修正后的磁链矢量幅值为|ψ|。取磁链幅值和给定幅值的差值为SF。步骤3，根据修正后的磁链和坐标变换后的电流估算出修正后的转矩T，采样电机实际转速与输入参考值二者的差值通过PI调节器计算出输入转矩T*，取T和T*二者差值进行转矩比较设为STe。步骤4，采用直接转矩控制方法，实现对逆变器的控制达到故障电机平稳运行的目的。如图2所示，对故障电机进行分析，推导出BE相故障模式下的推广克拉克变换矩阵为Tbe-clarke：式中δ为相邻两相之间的电角度，设为72°。然后采集电机定子电流ia,ic,id。通过推广克拉克变换得到两相静止坐标系下的电流iα、iβ。如图3所示，采集开关表Sa，Sc，Sd状态信息，计算出uα、uβ，应用公式为：式中Sa，Sc，Sd为上桥臂开关管状态，下桥臂与之相反，其值为1表示导通，为0表示关闭；uα，uβ,为两相禁止坐标系分量；v0为零轴分量；Udc为直流电源电压；A、C、D对应3个不同上桥臂开关管的编号，ui表示开关管的端电压。如图4所示，采集iα、iβ、uα、uβ并对系数进行修正进行磁链改进，系数分别为上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本专利技术的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本专利技术的保护范围，凡未脱离本专利技术技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，根据正常五相永磁同步电机运行状态推导出两相故障模式下的推广Clarke变换矩阵并修正，对剩余正常相进行坐标变换；/n步骤2，根据开关状态和坐标变换后的电流计算出故障模式下定子电压和磁链，对比正常状态下的磁链，设计修正系数并矫正磁链，并根据矫正后的磁链矢量角度划分扇区，对比参考值获得磁链幅值变化；/n步骤3，设计转矩估算器：对比参考值获得转矩变化；/n步骤4，步骤2和3获得的扇区，磁链幅值变化和转矩变化，采用直接转矩方法选择开关表，计算出u

【技术特征摘要】
1.五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，根据正常五相永磁同步电机运行状态推导出两相故障模式下的推广Clarke变换矩阵并修正，对剩余正常相进行坐标变换；
步骤2，根据开关状态和坐标变换后的电流计算出故障模式下定子电压和磁链，对比正常状态下的磁链，设计修正系数并矫正磁链，并根据矫正后的磁链矢量角度划分扇区，对比参考值获得磁链幅值变化；
步骤3，设计转矩估算器：对比参考值获得转矩变化；
步骤4，步骤2和3获得的扇区，磁链幅值变化和转矩变化，采用直接转矩方法选择开关表，计算出uα、uβ，实现对逆变器的控制。


2.根据权利要求1所述的五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法，其特征在于，步骤1中，所述两相故障模式下Clarke变换矩阵的修正后的表达式为



δ为相邻两相之间的电角度。


3.根据权利要求2所述的五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法，其特征在于，δ设为72°。


4.根据权利要求1所述的五相永磁同步电机两相故障磁链改进容错控制方法，其特征在于，步骤2中，所述故障模式下的定子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凤祥，贾军成，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32