双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及方法技术

本发明专利技术一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及方法。包括：第一减法器、速度调节器、电流分配器、定子侧电枢绕组控制单元、转子侧电枢绕组控制单元、电机轴向编码器和转速计算器；所述第一减法器获取电机转速给定值和电机转速反馈值，并将差值送入速度调节器，所述速度调节器输出电流给定值通入电流分配器中，所述电流分配器输出电流给定值到定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元，定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元分别对定转子两侧的电枢绕组进行双闭环控制。本发明专利技术面对定转子绕组故障以及驱动电路故障等不同的工况下，可以单独使用驱动电路，提供一定的转矩输出能力，保证了足够的容错性能。

【技术实现步骤摘要】
双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及方法
本专利技术属于交流电机驱动控制装置，具体涉及一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及方法，可以适用于新型双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机的驱动控制。
技术介绍
近年来，随着新能源汽车和航天飞机的发展，电机及其驱动器的可靠性在航空航天应用中越来越受到关注。但是，在电机的运行过程中不可避免地会发生各种各样的故障，存在电枢绕组的绝缘老化，电子元件的特性变化，电磁干扰等问题。此外，驱动系统也可能会发生故障，例如供电系统故障，驱动电路的桥臂发生损坏等。因此，提高电机的容错能力具有重要意义。目前，电机容错主要侧重在电机拓扑结构创新，设计方法和控制技术革新方面。与三相永磁电机相比，多相永磁同步电机具有更高的转矩重量比和功率密度以及更高的效率。因此，现有的容错电机大多数都是关于多相电机的设计及控制，如五相永磁电机，双三相永磁同步电机，十二相永磁同步电机等。这些电机主要提高电机定子侧绕组的相数，或者增加了定子侧绕组的套数，造成了定子空间冲突以及转子侧空间的浪费。最近，专利号为201911304762.X的专利技术专利中提出了一种新型的双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机，如图1所示，其包括定子电枢绕组01，定子02，转子电枢绕组03，转子04，以及转轴、机壳、端盖、位置编码器等其他通用结构件。该电机的特点为：定子绕组包含A、B、C三相，如图2(a)；转子绕组3采用分数槽集中绕组，其绕组包含D、E两相，如图2(b)所示，每相绕组由直流部分和交流部分组成。该电机具有三种转矩分量，转子绕组和定子凸极形成直流偏置游标磁阻电机，由直流分量产生的MMF由定子齿进行调制，所产生的励磁场与交流电流产生的MMF相互作用产生转矩。转子绕组和定子电枢绕组的直流分量形成凸极转子电励磁同步电机。同时，在定子齿的调制下，由定子电枢绕组产生的旋转MMF与由转子的交流分量产生的旋转磁场相互作用，产生了另一种转矩分量。该电机定子和转子分别有一套绕组，充分利用了转子侧的空间，并且通过定转子之间的齿槽配合，使得电机在正常运行时将含有多重电磁转矩分量，具有极高的转矩密度，在一套绕组故障时，通过重构或增大健康绕组的电流配置，实现满载输出，保证了足够的容错性能，具有广泛的应用前景。但是针对电机的控制问题，并没有给出具体地说明。
技术实现思路
为解决现有技术中电机的控制问题，本专利技术的目的在于提供一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器及方法，该控制器在电机转子、定子或者单套驱动装置发生故障时仍然能够保证一定的转矩输出能力。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器，包括：第一减法器、速度调节器、电流分配器、定子侧电枢绕组控制单元、转子侧电枢绕组控制单元、电机轴向编码器和转速计算器；所述第一减法器获取电机转速给定值和电机转速反馈值，并将差值送入速度调节器，所述速度调节器输出电流给定值通入电流分配器中，所述电流分配器输出电流给定值到定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元，定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元分别对定转子两侧的电枢绕组进行双闭环控制；所述电机轴向编码器检测获取转子位置信号经过转速计算器得到所述电机转速反馈值。可选的，所述定子侧电枢绕组控制单元包括第二减法器、第三减法器、定子d轴电流调节器、定子q轴电流调节器、定子电压变换器、定子脉宽调制器和定子变流器；所述电流分配器输出的定子d、q轴电流给定值与定子d、q轴电流反馈值送入一减法器，减法器处理后的电流差值送入一定子电流调节器，所述定子电流调节器输出定子d、q轴电压给定值，通过调节定子d、q轴电压给定值，使得d、q轴电流差值始终为零；定子d轴电压给定值、定子q轴电压给定值、转子位置信号输入所述定子电压变换器，定子电压变换器对电压进行park反变换输出定子α轴电压给定值、定子β轴电压给定值，并输入所述定子脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制分别产生定子A、B、C相PWM信号输入定子变流器；所述定子变流器的输出电压作用在磁阻电机定子三相绕组上，控制定子绕组A、B、C相的电流，产生对应于输入PWM信号的正弦电流信号。可选的，所述定子变流器包括直流电源Udc、6个MOS场效应管和6个续流二极管连接构成三相半桥逆变电路；其中，每个MOS场效应管分别与一个续流二极管构成一个子模块，MOS场效应管的源级与续流二极管的负极连接，MOS场效应管的漏级与续流二极管的正极相连；第一MOS场效应管S1、第三MOS场效应管S3、第五MOS场效应管S5的源级与直流电源Udc正极连接，第一MOS场效应管S1、第三MOS场效应管S3、第五MOS场效应管S5的漏级分别与电机定子A、B、C相绕组连接，同时，第一MOS场效应管S1、第三MOS场效应管S3、第五MOS场效应管S5的漏级与第二MOS场效应管S2、第四MOS场效应管S4、第六MOS场效应管S6的源级连接；第二MOS场效应管S2、第四MOS场效应管S4、第六MOS场效应管S6的源级与直流电源的负极连接；所述A相PWM信号作为变流器的第一MOS场效应管S1、第二MOS场效应管S2栅极的控制信号，B相PWM信号作为第三MOS场效应管S3、第四MOS场效应管S4栅极的控制信号，C相PWM信号作为第五MOS场效应管S5、第六MOS场效应管S6栅极的控制信号。可选的，还包括定子电流变换器和定子霍尔电流传感器；所述定子霍尔电流传感器分别测量得到A、B、C相电流信号，由电机轴向编码器检测的电机转子位置信号以及三相电流信号输入所述定子电流变换器中，经过电流变换器进行Clark、Park坐标变换，得到定子d、q轴直流电流信号，并分别作为定子d轴电流反馈值、定子q轴电流反馈值。可选的，所述脉宽调制器产生ABC相PWM信号包括：①所述脉宽调制器对输入电压u*α_s、u*β_s进行Clark反变换，得到三相静止坐标系电压给定值u*A、u*B、u*C：其中，u*A为静止坐标系下的A相交流电压给定值，u*B为静止坐标系下B相交流电压给定值，u*C为静止坐标系下C相交流电压的给定值；②调制产生A相交流电压占空比TA＝u*A/Udc，B相交流电压占空比TB＝u*B/Udc，C相交流电压占空比TC＝u*C/Udc；其中，Udc为变流器直流母线电源电压；所述定子电流变换器对电机转子位置信号θ以及iA、iB、iC按下式进行静止-旋转坐标变换，得到定子d轴电流反馈值id_s，定子q轴电流反馈值iq_s：可选的，所述转子侧电枢绕组控制单元包括第四减法器、第五减法器、第六减法器、第七减法器、第八减法器、转子d1轴电流调节器、转子q1轴电流调节器、转子0轴电流调节器、转子d2轴电流调节器、转子q2轴电流调节器、转子dq1电压变换器、转子0轴电压计算器、转子dq2电压变换器、转子正向脉宽调制器、转子负向脉宽调制器、转子变流器；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器，其特征在于，包括：第一减法器、速度调节器、电流分配器、定子侧电枢绕组控制单元、转子侧电枢绕组控制单元、电机轴向编码器和转速计算器；/n所述第一减法器获取电机转速给定值和电机转速反馈值，并将差值送入速度调节器，所述速度调节器输出电流给定值通入电流分配器中，所述电流分配器输出电流给定值到定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元，定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元分别对定转子两侧的电枢绕组进行双闭环控制；/n所述电机轴向编码器检测获取转子位置信号经过转速计算器得到所述电机转速反馈值。/n

【技术特征摘要】
1.一种双电枢绕组多重电磁转矩单定子单转子磁阻电机控制器，其特征在于，包括：第一减法器、速度调节器、电流分配器、定子侧电枢绕组控制单元、转子侧电枢绕组控制单元、电机轴向编码器和转速计算器；
所述第一减法器获取电机转速给定值和电机转速反馈值，并将差值送入速度调节器，所述速度调节器输出电流给定值通入电流分配器中，所述电流分配器输出电流给定值到定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元，定子侧电枢绕组控制单元和转子侧电枢绕组控制单元分别对定转子两侧的电枢绕组进行双闭环控制；
所述电机轴向编码器检测获取转子位置信号经过转速计算器得到所述电机转速反馈值。


2.根据权利要求1所述的磁阻电机控制器，其特征在于，所述定子侧电枢绕组控制单元包括第二减法器、第三减法器、定子d轴电流调节器、定子q轴电流调节器、定子电压变换器、定子脉宽调制器和定子变流器；
所述电流分配器输出的定子d、q轴电流给定值与定子d、q轴电流反馈值送入一减法器，减法器处理后的电流差值送入一定子电流调节器，所述定子电流调节器输出定子d、q轴电压给定值，通过调节定子d、q轴电压给定值，使得d、q轴电流差值始终为零；
定子d轴电压给定值、定子q轴电压给定值、转子位置信号输入所述定子电压变换器，定子电压变换器对电压进行park反变换输出定子α轴电压给定值、定子β轴电压给定值，并输入所述定子脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制分别产生定子A、B、C相PWM信号输入定子变流器；
所述定子变流器的输出电压作用在磁阻电机定子三相绕组上，控制定子绕组A、B、C相的电流，产生对应于输入PWM信号的正弦电流信号。


3.根据权利要求2所述的磁阻电机控制器，其特征在于，所述定子变流器包括直流电源Udc、6个MOS场效应管和6个续流二极管连接构成三相半桥逆变电路；其中，每个MOS场效应管分别与一个续流二极管构成一个子模块，MOS场效应管的源级与续流二极管的负极连接，MOS场效应管的漏级与续流二极管的正极相连；第一MOS场效应管S1、第三MOS场效应管S3、第五MOS场效应管S5的源级与直流电源Udc正极连接，第一MOS场效应管S1、第三MOS场效应管S3、第五MOS场效应管S5的漏级分别与电机定子A、B、C相绕组连接，同时，第一MOS场效应管S1、第三MOS场效应管S3、第五MOS场效应管S5的漏级与第二MOS场效应管S2、第四MOS场效应管S4、第六MOS场效应管S6的源级连接；第二MOS场效应管S2、第四MOS场效应管S4、第六MOS场效应管S6的源级与直流电源的负极连接；所述A相PWM信号作为变流器的第一MOS场效应管S1、第二MOS场效应管S2栅极的控制信号，B相PWM信号作为第三MOS场效应管S3、第四MOS场效应管S4栅极的控制信号，C相PWM信号作为第五MOS场效应管S5、第六MOS场效应管S6栅极的控制信号。


4.根据权利要求2所述的磁阻电机控制器，其特征在于，还包括定子电流变换器和定子霍尔电流传感器；所述定子霍尔电流传感器分别测量得到A、B、C相电流信号，由电机轴向编码器检测的电机转子位置信号以及三相电流信号输入所述定子电流变换器中，经过电流变换器进行Clark、Park坐标变换，得到定子d、q轴直流电流信号，并分别作为定子d轴电流反馈值、定子q轴电流反馈值。


5.根据权利要求2所述的磁阻电机控制器，其特征在于，所述脉宽调制器产生ABC相PWM信号包括：
①所述脉宽调制器对输入电压u*α_s、u*β_s进行Clark反变换，得到三相静止坐标系电压给定值u*A、u*B、u*C：



其中，u*A为静止坐标系下的A相交流电压给定值，u*B为静止坐标系下B相交流电压给定值，u*C为静止坐标系下C相交流电压的给定值；
②调制产生A相交流电压占空比TA＝u*A/Udc，B相交流电压占空比TB＝u*B/Udc，C相交流电压占空比TC＝u*C/Udc；其中，Udc为变流器直流母线电源电压；
所述定子电流变换器对电机转子位置信号θ以及iA、iB、iC按下式进行静止-旋转坐标变换，得到定子d轴电流反馈值id_s，定子q轴电流反馈值iq_s：





6.根据权利要求1所述的磁阻电机控制器，其特征在于，所述转子侧电枢绕组控制单元包括第四减法器、第五减法器、第六减法器、第七减法器、第八减法器、转子d1轴电流调节器、转子q1轴电流调节器、转子0轴电流调节器、转子d2轴电流调节器、转子q2轴电流调节器、转子dq1电压变换器、转子0轴电压计算器、转子dq2电压变换器、转子正向脉宽调制器、转子负向脉宽调制器、转子变流器；
所述电流分配器输出的转子d1、q1、0、d2及q2轴电流给定值与转子d1、q1、0、d2及q2轴电流反馈值送入一减法器，减法器输出电流差值送入一转子电流调节器，转子电流调节器输出转子电压给定值，通过调节转子电压给定值使其差值始终为零；
转子d1、q1轴电压给定值、转子位置信号输入所述转子dq1电压变换器，定子dq1电压变换器对电压进行park反变换输出转子α轴电压给定值、转子β轴电压给定值，并输入所述转子正向脉宽调制器，进行空间矢量脉宽调制分别产生转子D、E相正向偏置PWM信号，并输入转子变流器；
转子d2、q2轴电压给定值、转子位置信号输入所述转子dq2电压变换器，定子dq2电压变换器...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾少锋，董晓壮，梁得亮，冯帅，刘进军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61