【技术实现步骤摘要】
五相永磁同步电机缺一相故障直接转矩控制方法
[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种五相永磁同步电机缺一相故障直接转矩控制方法。
技术介绍
[0002]随着现代电力电子技术和电机控制理论的不断发展与改进，国内外学者对五相永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine，PMSM)进行了大量研究。与传统的三相电机驱动系统相比，多相电机驱动系统不仅在性能上具有优势，而且还具备前者不能实现的功能，多相(相数>3)电机驱动系统具有低压大功率输出、高可靠性、低转矩脉动及适于容错运行等特性，在航空航天、船舶推进、电动汽车等领域得到了越来越多的关注和认可。五相PMSM将多相电机技术应用于永磁同步电机中，使得五相PMSM同时具备多相电机和永磁同步电机的优点。直接转矩控制(direct torque control,DTC)是电机控制中一种较为成熟的算法，DTC采用滞环控制(Bang-Bang控制)，通过控制逆变器的开关状态来获得转矩的高动态性能，它不需要繁琐的坐标变换、不依赖电机参数，同时具有结构简单、动态响应速度快等优点。针对五相PMSM，其正常运行时的直接转矩控制已经得到了充分的研究，因此，目前许多学者研究的重点是故障状态下的直接转矩控制策略。通常情况下，当五相PMSM缺一相故障时，其DTC需要重新进行定子磁链分区和开关表设计，使控制过程较为复杂。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供一种五相永磁同步电机缺一相故障直接转矩控制方法，解...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.五相永磁同步电机缺一相故障直接转矩控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、由五相逆变器各桥臂开关状态和直流母线电压U
dc
得到五相PMSM各定子相电压，再经过五相PMSM正常运行时的静止坐标变换矩阵将A-B-C-D-E自然坐标系变换到α
1-β
1-α
3-β
3-0坐标系，得到α
1-β1和α
3-β3子空间的电压矢量分布图；步骤2、在α
1-β1子空间进行合成虚拟电压矢量来消除α
3-β3子空间的谐波电压，得到五相PMSM正常运行时α
1-β1子空间的虚拟电压矢量分布图；步骤3、当五相PMSM发生缺一相故障时，得到故障后α
1-β1子空间和β3脉振子空间的电压矢量图；步骤4、在保证β3脉振子空间谐波电压为零的条件下，以α
1-β1子空间在任意幅角下能够合成幅值为0.3406U
dc
的电压矢量为前提，利用各相极电压与相占空比间关系得到故障后修正的十个虚拟矢量对应的PWM波形，进而得到故障后修正的十个虚拟矢量对应的电压矢量及其所占比例；步骤5、将步骤4中包含零矢量的十个虚拟矢量的零矢量作用时间按相应比例分配给其余三个电压矢量，得到修正后的十个最大幅值虚拟矢量对应的电压矢量及其所占比例，其中，对最大幅值虚拟矢量VV
1**
绘制其在α
1-β1子空间和β3脉振子空间的合成矢量，并得到五相PMSM缺一相故障直接转矩控制在α
1-β1子空间十个最大幅值虚拟电压矢量图；步骤6、由步骤5得到的五相PMSM缺一相故障直接转矩控制在α
1-β1子空间十个最大幅值虚拟电压矢量图知，整个α
1-β1子空间分为十个扇区，根据不同扇区中虚拟电压矢量径向与切向分量对转矩和磁链的作用效果，得到五相PMSM缺一相故障时电压矢量开关表，结合五相PMSM缺一相故障直接转矩控制原理，进而实现五相PMSM缺一相故障直接转矩控制。2.根据权利要求1所述的五相永磁同步电机缺一相故障直接转矩控制方法，其特征在于，所述步骤1具体如下：步骤1.1、对于五相逆变器而言，每相桥臂的开关状态构成一个电压矢量，共有25＝32个电压矢量，通过不同的电压矢量合成任意需要的矢量，每一个电压矢量用一个十进制数表示，十进制数对应的二进制数与开关状态一致，定义各桥臂的开关状态从高位到低位依次为S
A
、S
B
、S
C
、S
D
、S
E
，其中：S
i
＝1表示上桥臂导通，S
i
＝0表示下桥臂导通，i＝A、B、C、D、E，五相PMSM各定子相电压由开关状态和直流母线电压U
dc
得到：其中：U
A
、U
B
、U
C
、U
D
、U
E
分别为五相PMSM各定子相电压；U
dc
为直流母线电压；S
A
、S
B
、S
C
、S
D
、S
E
分别为五相PMSM各桥臂的开关状态；步骤1.2、五相PMSM中A-B-C-D-E自然坐标系到α
1-β
1-α
3-β
3-0坐标系的静止坐标变换矩阵为：
式中：T
5s
表示五相PMSM正常运行时的静止坐标变换矩阵；σ为相邻相绕组空间夹角，σ＝2π/5，根据式(2)中给出的静止坐标变换矩阵，分别定义α
1-β1子空间和α
3-β3子空间中的电压矢量表达式为：其中：U
α1β1
表示α
1-β1子空间的电压矢量；U
α3β3
表示α
3-β3子空间的电压矢量；α＝exp(j2π/5)；U
dc
为直流母线电压；由五相逆变器各相桥臂上、下开关的组合状态，将式(3)中α
1-β1子空间和α
3-β3子空间的电压矢量表达式整理为：其中：U
α1β1
表示由开关状态得到的α
1-β1子空间电压矢量；U
α3β3
表示由开关状态得到的α
3-β3子空间电压矢量；α＝exp(j2π/5)；U
dc
为直流母线电压。将五相逆变器的开关组合状态带入上式(4)中，得到α
1-β1子空间和α
3-β3子空间的32个电压矢量，其中包含30个基本矢量和两个零矢量，两个零矢量分别为V0、V
31
，则得到五相PMSM在α
1-β1和α
3-β3子空间的电压矢量分布图。3.根据权利要求2所述的五相永磁同步电机缺一相故障直接转矩控制方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：步骤2.1、定义α
1-β1子空间同一方向的大矢量和中矢量合成的新矢量为虚拟矢量VV
n
，n＝0～9，设控制周期为T
S
，大矢量V
L
作用时间为λT
s
，中矢量V
M
作用时间为(1-λ)T
s
，其中：λ表示大矢量V
L
在控制周期内的占空比，合成的虚拟矢量在α
1-β1子空间的幅值为V
α1-β1
，在α
3-β3子空间的谐波幅值为V
α3-β3
，在一个控制周期T
S
内，由伏秒平衡原则得到：为了消除α
3-β3子空间的平均电压矢量，令|V
α3-β3
|＝0，得到λ＝0.618，此时α
1-β1子空间中即要使α
3-β3子空间合成的谐波电压矢量幅值为零，
需保证大矢量V
L
作用时间是中矢量V
M
作用时间的1.618倍；由上述原则共得到10个虚拟电压矢量，将整个α
1-β1子空间分为10个扇区，依次用0～9表示，此时得到α
1-β1子空间的虚拟电压矢量分布图。4.根据权利要求3所述的五相永磁同步电机缺一相故障直接转矩控制方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：步骤3.1、当五相PMSM发生缺一相故障时，如A相故障，此时系统采用四桥臂运行，按照开关状态S
B
、S
C
、S
D
、S
E
的顺序对电压矢量进行重新定义排序，每一个电压矢量用一个十进制数表示，则相应的电压矢量由正常运行时的32个变为16个，其中包含14个基本矢量和两个零矢量V0、V
15
，五相PMSM缺一相故障时剩余各相极电压和相电压的关系为：其中：U
B
、U
C
、U
D
、U
E
分别为各相相电压；U
BO
、U
CO
、U
DO
、U
EO
为各相极电压；S
B
、S
C
、S
D
、S
E
为故障后逆变器各相的开关状态，S
m
＝1表示上桥臂导通，S
m
＝0表示下桥臂导通，m＝B、C、D、E；U
NO
为电机中性点相对直流母线中点的电压；步骤3.2、五相PMSM缺一相故障时，α
1-β1子空间和β3脉振子空间的电压矢量与各相电压之间的关系为：之间的关系为：其中：V
α1
、V
β1
为故障后α
1-β1子空间的电压矢量，V
β3
为故障后β3脉振子空间的电压矢量；U
B
、U
C
、U
D
、U
E
为各相相电压；T
4s
为故障后的静止坐标变换矩阵；c0为修正系数，c0＝0.25；σ＝2π/5；应用式(7)将故障后的电压矢量映射到α
1-β1子空间和β3脉振子空间，则得到五相PMSM缺一相故障时在α
1-β1子空间和β3脉振子空间的电压矢量图。5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：周长攀，刘海峰，景国秀，孙向东，刘坛，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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