基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，首先通过转速调节器获得参考转矩，然后采用i

【技术实现步骤摘要】
基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法
本专利技术涉及基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，属于电机驱动及控制领域。
技术介绍
磁通切换电机具有转子结构简单，适合高速运行、冷却方便、容错性能好等优点，同时拥有高功率密度、正弦反电势的特点。然而，在一些特殊情况下，电机系统会出现故障。电机系统中的常见故障主要包括电机本体故障和逆变器故障两大类，逆变器中的开关管需要进行频繁的开关切换，是整个逆变器最易损坏的部分，同时逆变器故障主要是开关管的开路故障和短路故障，每一种故障情况的发生都会对系统的正常运行造成不同程度的不利影响。具体表现为：绕组和线路损耗显著增加，系统整体效率下降；磁链形状发生畸变，引起绕组电压及电流的非正弦分布，造成转矩脉动的加剧。因此必须采取合适的容错控制策略。同时，共直流母线型开绕组电机系统会产生零序电流，给系统带来了额外的铜耗、温升及转矩波动等负面效应，因此在开绕组电机的控制中，对零序电流的抑制是一个重要内容。基于以上考虑，为了在故障工况下电机仍能正常工作，有提出了采用简化的PWM方法来计算各相开关管的导通时刻，与三角载波相比较，得到逆变器的开关波形图，但是故障后容错控制中不能很好的实现对零序电流的抑制。也有提出，在故障工况下的开绕组电机采用SVPWM策略，虽能很好地控制开绕组电机容错控制中的零序电流，但是设计复杂，计算量大。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，在逆变器单相故障的情况下可获得较好的稳态性能。技术方案：基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，包括如下步骤：步骤1：通过转速调节器获得参考转矩Teref，然后采用id＝0的控制方式得到负载角参考值δref，进而得到(k+1)时刻定子磁链d轴、q轴分量幅值参考值ψsdref(k+1)、ψsqref(k+1)，并且定义定子磁链零轴分量幅值参考值ψ0ref(k+1)为0；步骤2：根据逆变器故障类型分析故障后的电压空间矢量状态，再根据电流预测模型并结合磁链方程在线预测(k+1)时刻定子磁链的d轴、q轴和零轴分量ψsd(k+1)、ψsq(k+1)、ψ0(k+1)；步骤3：利用(k+1)时刻定子磁链的预测值和参考值构建价值函数，并通过最小化价值函数获得逆变器最优开关状态；步骤4：通过q轴磁链无差拍方法计算占空比，改善系统稳态性能。有益效果：本专利技术基于共直流母线结构下的开绕组磁通切换电机，通过预测磁链控制达到逆变器单相故障状况下容错运行的目的，只涉及一个直流电源，抑制零序电流只是在控制方法上改动，不需要增加系统硬件成本。本专利技术提出的控制方法相比于传统技术，减小了系统计算量及复杂度，有效解决了开绕组磁通切换电机逆变器单相故障状况下容错运行的问题。附图说明图1为本专利技术提供的开绕组磁通切换电机容错控制方法原理图；图2为本专利技术提供的开绕组磁通切换电机容错控制方法a1相故障容错等效电路；图3为逆变器a1故障时的空间电压矢量图；图4为本专利技术提供的开绕组磁通切换电机容错控制方法a1相故障情况下稳态仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。一种基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法原理图如图1所示，包括转速PI控制器1、模型预测磁链控制模块2、价值函数模块3、占空比计算模块4逆变器5、逆变器6、开绕组磁通切换电机7、坐标变换模块8和编码器9。首先，通过转速调节器获得参考转矩Teref，然后采用id＝0的控制方式得到k时刻负载角参考值δref，进而得到(k+1)时刻定子磁链d轴、q轴分量幅值参考值ψsdref(k+1)、ψsqref(k+1)，并且定义定子磁链零轴分量幅值参考值ψ0ref(k+1)为0；然后，根据逆变器故障类型分析故障后的电压空间矢量状态，再根据电流预测模型并结合磁链方程在线预测(k+1)时刻定子磁链的d轴、q轴和零轴分量ψsd(k+1)、ψsq(k+1)、ψ0(k+1)；进一步的，利用(k+1)时刻定子磁链的预测值和参考值构建价值函数，并通过最小化价值函数获得逆变器最优开关状态；最后，通过q轴磁链无差拍方法计算占空比，改善系统稳态性能。具体的：(1)计算参考转矩Teref：将参考速度与实际速度的差值en输入转速PI控制器，根据公式(1)获得参考转矩Teref；式中，kp和ki分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益，s表示复变量。(2)计算电角度θr、电角速度ω以及k时刻定子电流的d轴、q轴和零轴分量id、iq、i0：从编码器中获取磁通切换电机的电角度θr，再经式(2)求电角度θr关于时间的微分，得到电角速度ω；再利用电流传感器测量磁通切换电机k时刻三相定子电流ia，ib和ic，经坐标变换后得到k时刻定子电流的d轴、q轴和零轴分量id、iq、i0。(3)计算(k+1)时刻定子磁链d轴、q轴分量幅值参考值ψsdref(k+1)、ψsqref(k+1)的方法为：根据公式(3)获得负载角δ和电磁转矩Te关系，并且根据公式(4)对负载角δ求导，利用公式(5)得到负载角增量Δδ，根据公式(6)获得(k+1)时刻负载角δ的参考值δref，然后根据公式(7)获得(k+1)时刻定子磁链d轴、q轴分量幅值参考值ψsdref(k+1)、ψsqref(k+1)；δref＝Δδ+δ(6)式中，np为极对数；ψf为转子永磁体磁链；ψs为k时刻定子磁链幅值；ψsref为定子磁链幅值参考值；Lq为交轴电感；ΔTe为电磁转矩增量；δref为(k+1)时刻负载角的参考值。(4)将k时刻定子电流的d轴、q轴和零轴分量id、iq、i0，电角速度ω以及电角度θr输入模型预测磁链控制模块，根据公式(8)获得(k+1)时刻的预测电流模型，然后根据公式(9)获得(k+1)时刻定子磁链的d轴、q轴和零轴分量ψsd(k+1)、ψsq(k+1)、ψ0(k+1)的预测值；式中，ud(k)、uq(k)、u0(k)为k时刻定子电压的d轴、q轴和零轴分量；id(k)、iq(k)、i0(k)分别为k时刻定子电流的d轴、q轴和零轴分量；R为定子相电阻；Ld、Lq为直、交轴电感；L0为零序电感；Ts为系统的采样周期id(k+1)、iq(k+1)、i0(k+1)分别为(k+1)时刻定子电流的d轴、q轴和零轴分量的预测值；ψsd(k+1)、ψsq(k+1)、ψ0(k+1)为(k+1)时刻定子磁链d轴、q轴和零轴分量的预测值。(5)根据逆变器故障类型分析故障后的电压空间矢量状态，逆变器故障类型如表1所示：表1逆变器单相故障类型当a1相故障的时候，逆变器1变为三相四开关结构。在两相静止坐标系下，开关组合可产生4个电压空间矢量，其中包括4个有效矢量，无零矢量。同样，当逆变器b1或者c1相发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：通过转速调节器获得参考转矩T

【技术特征摘要】
1.基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：通过转速调节器获得参考转矩Teref，然后采用id＝0的控制方式得到负载角参考值δref，进而得到(k+1)时刻定子磁链d轴、q轴分量幅值参考值ψsdref(k+1)、ψsqref(k+1)，并且定义定子磁链零轴分量幅值参考值ψ0ref(k+1)为0；
步骤2：根据逆变器故障类型分析故障后的电压空间矢量状态，再根据电流预测模型并结合磁链方程在线预测(k+1)时刻定子磁链的d轴、q轴和零轴分量ψsd(k+1)、ψsq(k+1)、ψ0(k+1)；
步骤3：利用(k+1)时刻定子磁链的预测值和参考值构建价值函数，并通过最小化价值函数获得逆变器最优开关状态；
步骤4：通过q轴磁链无差拍方法计算占空比，改善系统稳态性能。


2.根据权利要求1所述的基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，其特征在于：所述参考转矩Teref获取方法为：将参考速度与实际速度的差值en输入转速外环PI控制器，根据公式(1)获得参考转矩Teref；



式中，kp和ki分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益，s表示复变量。


3.根据权利要求1所述的基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，其特征在于：计算(k+1)时刻定子磁链d轴、q轴分量幅值参考值ψsdref(k+1)、ψsqref(k+1)的方法为：根据公式(3)获得负载角δ和电磁转矩Te关系，并且根据公式(4)对负载角δ求导，利用公式(5)得到负载角增量Δδ，根据公式(6)获得(k+1)时刻负载角δ的参考值δref，然后根据公式(7)获得(k+1)时刻定子磁链d轴、q轴分量幅值参考值ψsdref(k+1)、ψsqref(k+1)；









δref＝Δδ+δ(6)



式中，np为极对数；ψf为转子永磁体磁链；ψs为k时刻定子磁链幅值；ψsref为定子磁链幅值参考值；Lq为交轴电感；ΔTe为电磁转矩增量；δref为(k+1)时刻负载角的参考值。


4.根据权利要求1所述的基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，其特征在于：从编码器中获取磁通切换电机的电角度θr...

【专利技术属性】
技术研发人员：於锋，霍闯，李凯凯，葛天天，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32