一种电机串联方式容错系统及控制方法技术方案

本发明专利技术一种电机串联方式容错系统及控制方法，对三台直流电机中的故障对象进行组合和分类，并采取对应的容错控制律，每一种故障类型对应一种容错控制律，可以得到处于该故障类型时的最佳容错控制方式，并将三路信号变为四路信号，以便于求出各自的偏差；根据偏差的变化情况来调节滞环控制器的输出，同时，滞环控制器的带宽可以改变功率开关管的通断频率；将滞环控制器输出的方波信号通过PWM转换为高低电平信号，进而控制控制功率开关管的开端，通过滞环控制和PWM将电机的实际转矩控制在给定范围内，避免系统在出现故障时由于转矩或电流过大出现更严重的故障问题；保证电机系统的稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种电机串联方式容错系统及控制方法
本专利技术属于多电机控制
，具体涉及一种电机串联方式容错系统及控制方法。
技术介绍
近年来，多直流电机控制及驱动技术已成为一项重要的研究领域，它能完成许多单直流电机无法完成的复杂工作，随着各企业对多直流电机控制技术的提高以及电力电子技术、数字控制技术的发展，电机系统的故障检测、诊断、故障处理、容错控制成为了一项热点研究内容，容错控制技术主要可以分为两类，即被动容错控制和主动容错控制，被动容错控制主要通过提高系统自身的抗干扰性来实现，主动容错控制是通过调整控制器结构、参数的方法来实现系统稳定。相比于无刷直流电机和永磁同步电机，多直流电机的容错控制技术较少，但是随着多直流电机控制及驱动技术的不断创新，直流电机的优势也逐渐展现出来，不少学者开始对多直流电机系统进行研究。目前多直流电机系统的故障主要分为两大类，即逆变器故障和电机故障，当多直流电机系统发生故障时，为了避免系统出现骤停或者不稳定的情况，需要保证系统具有一定的容错性能，提高系统的鲁棒性，因此容错控制技术变得十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电机串联方式容错系统和方法，用以解决如何提高多直流电机系统的容错性能。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种电机串联方式容错控制方法，包括以下步骤：步骤1，设定三台直流电机参考转速，获取三台直流电机的实际转速，获取三台直流电机的电枢电流，分别计算三台直流电机参考转速与实际转速的偏差，经过PI控制算法生成三路参考电流；步骤2，对电机系统的运行状态进行检测，判断电路系统是否有故障，若有故障发生，判断电机系统的故障类型和故障发生位置；步骤3，根据检测得到的故障类型对电机系统采取相对应的容错控制律，并计算该容错控制律对应的四路参考转矩和四路反馈转矩；步骤4，计算四路参考转矩和四路反馈转矩的偏差，并将该偏差值作为四路滞环控制器的输入，并输出四路方波信号；步骤5，经过PWM信号逻辑生成函数将四路滞环控制器输出的四路方波信号变为八路两两互补的电平信号，作为四桥臂容错逆变器的功率开关管的控制信号，用以实现三直流电机系统的稳定运行。优选地，步骤2中，故障类型F＝0、1、2、3、4、5、6，其中，F＝0表示三台直流电机正常运行；F＝1表示只有电机A发生故障；F＝2表示只有电机B发生故障；F＝3表示只有电机C发生故障；F＝4表示电机A和电机B同时发生故障；F＝5表示电机B和电机C同时发生故障；F＝6表示电机A和电机C同时发生故障。优选地，步骤3中，根据检测得到的故障类型对电机系统采取相对应的容错控制律，具体方法是：当只有电机A发生故障，容错控制的错误类型为F＝1，容错控制系统采取F＝1时的容错控制律；当只有电机B发生故障，容错控制的错误类型为F＝2，容错控制系统采取F＝2时的容错控制律；当只有电机C发生故障，容错控制的错误类型为F＝3，容错控制系统采取F＝3时的容错控制律；当电机A和电机B同时发生故障，容错控制的错误类型为F＝4，容错控制系统采取F＝4时的容错控制律；当电机B和电机C同时发生故障，容错控制的错误类型为F＝5，容错控制系统采取F＝5时的容错控制律；当电机A和电机C同时发生故障，容错控制的错误类型为F＝6，容错控制系统采取F＝6时的容错控制律；当电机A、电机B和电机C同时发生故障，四桥臂容错逆变器的所有功率开关管均不导通，三台直流电机均处于停止运行状态。优选地，计算该容错控制律对应的四路参考转矩和四路反馈转矩，具体方法是：根据速度环的输出通过容错控制策略的参考转矩合成算法变为四路参考转矩；三台直流电机的电枢电流I1、I2、I3通过容错控制策略的反馈转矩合成算法变为四路反馈转矩。优选地，当F＝0时，当F＝1时，当F＝2时，当F＝3时，当F＝4时，当F＝5时，当F＝6时，其中为参考转矩对应的直流电机转矩常数,k1，k2，k3为反馈转矩对应的直流电机转矩常数，且优选地，步骤4中，计算四路参考转矩和四路反馈转矩的偏差，具体方法是：将该偏差值作为四路滞环控制器的输入，并输出四路方波信号，具体方法是：令ui为四路滞环控制器的输入，且i＝1,2,3,4，为滞环控制器输入的阈值上限，为滞环控制器输入的阈值下限，umax为滞环控制器的输出上限，umin为滞环控制器的输出下限，滞环控制器的逻辑生成函数如下：其中，P表示上一次比较后滞环控制器的输出。优选地，步骤5中，将四路滞环控制器输出的四路方波信号变为八路两两互补的电平信号，作为四桥臂容错逆变器的功率开关管的控制信号，具体方法是：首先，将四路滞环控制器的输出经过PWM信号逻辑生成函数生成四路电平信号，具体地：令Q＝1、Q＝0分别表示PWM输出高电平和低电平，定义高电平为有效电平，进而控制功率开关管导通，低电平为无效电平，控制功率开关管断开，则Zi＝Z1，Z2，Z3，Z4的PWM逻辑生成函数为：其次，将PWM逻辑生成函数输出的四路电平信号，经过主控制器处理得到八路两两互补的电平信号，分别是Z11、Z12、Z21、Z22、Z31、Z32、Z41、Z42；最后，将Z11、Z12分别输入到a桥臂S1、S5的栅极；将Z21、Z22分别输入到b桥臂S2、S6的栅极；将Z31、Z32分别输入到c桥臂S3、S7的栅极；将Z41、Z42分别输入到d桥臂S4、S8的栅极。一种电机串联方式容错系统，采用所述的容错控制方法，包括四桥臂容错逆变器、直流电机、主控制器和供电电源，其中，直流电机设置有三台，所述三台直流电机串接连接，且三台直流电机均与四桥臂容错逆变器电连；三台直流电机均与主控制器连接，同时，主控制器与四桥臂容错逆变器连接。优选地，四桥臂容错逆变器包括功率开关管、双向晶闸管、快速熔断丝和直流电源DC，其中，功率开关管设置有八个，分别是功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7和功率开关管S8；双向晶闸管设置有四个，分别是双向晶闸管TR1、TR2、TR3和TR4；快速熔断丝设置有八个，分别是快速熔断丝F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7和F8；直流电源DC设置有一个；具体地：功率开关管S1、S2、S3和S4的源极分别与快速熔断丝F1、快速熔断丝F2、快速熔断丝F3和快速熔断丝F4连接，快速熔断丝F1、快速熔断丝F2、快速熔断丝F3和快速熔断丝F4的公共端与电源DC正极连接；功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7和功率开关管S8的漏极分别与快速熔断丝F5、快速熔断丝F6、快速熔断丝F7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机串联方式容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，设定三台直流电机参考转速，获取三台直流电机的实际转速，获取三台直流电机的电枢电流，分别计算三台直流电机参考转速与实际转速的偏差，经过PI控制算法生成三路参考电流；/n步骤2，对电机系统的运行状态进行检测，判断电路系统是否有故障，若有故障发生，判断电机系统的故障类型和故障发生位置；/n步骤3，根据检测得到的故障类型对电机系统采取相对应的容错控制律，并计算该容错控制律对应的四路参考转矩和四路反馈转矩；/n步骤4，计算四路参考转矩和四路反馈转矩的偏差，并将该偏差值作为四路滞环控制器的输入，并输出四路方波信号；/n步骤5，经过PWM信号逻辑生成函数将四路滞环控制器输出的四路方波信号变为八路两两互补的电平信号，作为四桥臂容错逆变器的功率开关管的控制信号，用以实现三直流电机系统的稳定运行。/n

【技术特征摘要】
1.一种电机串联方式容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设定三台直流电机参考转速，获取三台直流电机的实际转速，获取三台直流电机的电枢电流，分别计算三台直流电机参考转速与实际转速的偏差，经过PI控制算法生成三路参考电流；
步骤2，对电机系统的运行状态进行检测，判断电路系统是否有故障，若有故障发生，判断电机系统的故障类型和故障发生位置；
步骤3，根据检测得到的故障类型对电机系统采取相对应的容错控制律，并计算该容错控制律对应的四路参考转矩和四路反馈转矩；
步骤4，计算四路参考转矩和四路反馈转矩的偏差，并将该偏差值作为四路滞环控制器的输入，并输出四路方波信号；
步骤5，经过PWM信号逻辑生成函数将四路滞环控制器输出的四路方波信号变为八路两两互补的电平信号，作为四桥臂容错逆变器的功率开关管的控制信号，用以实现三直流电机系统的稳定运行。


2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤2中，故障类型F＝0、1、2、3、4、5、6，其中，F＝0表示三台直流电机正常运行；F＝1表示只有电机A发生故障；F＝2表示只有电机B发生故障；F＝3表示只有电机C发生故障；F＝4表示电机A和电机B同时发生故障；F＝5表示电机B和电机C同时发生故障；F＝6表示电机A和电机C同时发生故障。


3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤3中，根据检测得到的故障类型对电机系统采取相对应的容错控制律，具体方法是：
当只有电机A发生故障，容错控制的错误类型为F＝1，容错控制系统采取F＝1时的容错控制律；
当只有电机B发生故障，容错控制的错误类型为F＝2，容错控制系统采取F＝2时的容错控制律；
当只有电机C发生故障，容错控制的错误类型为F＝3，容错控制系统采取F＝3时的容错控制律；
当电机A和电机B同时发生故障，容错控制的错误类型为F＝4，容错控制系统采取F＝4时的容错控制律；
当电机B和电机C同时发生故障，容错控制的错误类型为F＝5，容错控制系统采取F＝5时的容错控制律；
当电机A和电机C同时发生故障，容错控制的错误类型为F＝6，容错控制系统采取F＝6时的容错控制律；
当电机A、电机B和电机C同时发生故障，四桥臂容错逆变器的所有功率开关管均不导通，三台直流电机均处于停止运行状态。


4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，计算该容错控制律对应的四路参考转矩和四路反馈转矩，具体方法是：
根据速度环的输出通过容错控制策略的参考转矩合成算法变为四路参考转矩；三台直流电机的电枢电流I1、I2、I3通过容错控制策略的反馈转矩合成算法变为四路反馈转矩。


5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于，
当F＝0时，






当F＝1时，






当F＝2时，






当F＝3时，






当F＝4时，






当F＝5时，






当F＝6时，






其中为参考转矩对应的直流电机转矩常数，k1，k2，k3为反馈转矩对应的直流电机转矩常数，且m＝1，2，3。


6.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤4中，计算四路参考转矩和四路反馈转矩的偏差，具体方法是：



将该偏差值作为四路滞环控制器的输入，并输出四路方波信号，具体方法是：
令ui为四路滞环控制器的输入，且i＝1，2，3，4，为滞环控制器输入的阈值上限，为滞环控制器输入的阈值下限，umax为滞环控制器的输出上限，umin为滞环控制器的输出下限，滞环控制器的逻辑生成函数如下：


...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟华，王炜，罗黎明，赵国璋，马义波，董建威，赵宇，
申请(专利权)人：苏州博睿测控设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32