一种双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法技术

本发明专利技术一种双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法，在发生单相、两相甚至多相的短路或断路等故障时，保障位置角跟踪精度，维持电机平稳运行，提高系统安全性。具体方案为：1）通过采集电机的相电流，根据相电流判断电机故障相；2）断开故障相与双三相四桥臂逆变器连接，并接入冗余相或切除发生故障的整个定子；3）采样非故障相或正常相的电流输入到滑模观测器和模型预测控制模块，通过滑模观测器估算得到估计转子位置角和估计速度信息，将估计速度和参考速度输入转速调节器得到参考电流值；4）参考电流值经过电流分配模块得到双定子电流参考值，将它与估计转子位置角和估计速度输入到模型预测控制模块得到开关信号以驱动逆变器工作。变器工作。变器工作。

【技术实现步骤摘要】
一种双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法

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[0001]本专利技术涉及一种双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法。

技术介绍
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[0002]随着电动汽车行业的发展和汽车应用场景的更迭，人们对电机本体及其驱动系统提出了更高的要求，尤其是当电机本体发生相的断路短路、逆变器的断路短路等故障时，如何维持电机一段时间的可靠运行，保障驾驶人员的人身、财产安全，正成为电机本体及其驱动系统设计的研究热点。双定子永磁电机具有功率/转矩密度高、调速范围宽、机械集成度高等优点，其双定子结构使得绕组可以实施并联、串联以及分开独立连接等多种接线方式。为保障转矩输出能力最大化以及缩减开关器件的使用，双定子永磁电机通常采用串联接线，一套三相桥式逆变器便可驱动其运转，此时该电机发生相断路等故障时，会像常规三相永磁电机一样无法凭借自身结构连续运行。
[0003]此外，电动汽车驱动系统中还常用到机械速度传感器，机械速度传感器的应用不仅会增加系统体积和成本，还会降低控制系统的鲁棒性，同时也存在安装不便、易受环境干扰等问题，为永磁电机的使用带来诸多隐患。目前，科研人员已经对无速度传感器控制展开了充分探索，诸如电机初始位置检测、零低速、中高速以及全速域运行、速度切换等相关的技术问题都得到了很好解决。但无速度传感器控制较为依赖电流采样的精度，当电机故障时系统无法捕获准确电流值，进而无法提取精确位置角，导致电机运行效果变差甚至无法运行。故障下若要实现无速度传感器容错运行，往往需要重构故障下的电机数学模型，对位置信号误差进行自适应补偿或是采取减少滤波器误差的运算，以降低电机断路或短路产生的干扰信号对位置信息观测的影响，但这些方法往往计算复杂且只针对单一故障，通用性差。因此，研究一种能够支持多相故障容错、位置跟踪精确、稳态性能好、结构简单且易于实现的电机及其无速度传感器容错控制方法有着广阔的应用前景。

技术实现思路
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[0004]本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案有：
[0006]一种双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法，其特征在于：包括
[0007]步骤1)通过电流传感器分别采集双定子永磁电机中两个定子的电枢绕组的相电流，根据采集的相电流判断电机故障相；
[0008]步骤2)当电机电枢绕组发生故障，断开故障相与双三相四桥臂逆变器的连接，并接入冗余相或切除发生故障的整个定子；
[0009]步骤3)采样非故障相或正常相的电流输入到滑模观测器和模型预测控制模块，估算得到估计转子位置角和估计速度，将估计速度和参考速度输入转速调节器得到参考电流值；
[0010]步骤4)参考电流值经过电流分配模块得到双定子电流参考值，将双定子电流参考值与估计转子位置角和估计速度输入到模型预测控制模块，得到开关信号，驱动双三相四桥臂逆变器工作。
[0011]进一步地，所述双三相四桥臂逆变器包括具有四个桥臂的逆变器1和具有四个桥臂的逆变器2，
[0012]逆变器1中四个桥臂对应为：T11、T14桥臂，T13、T12桥臂，T15、T16桥臂和Tn1、Tn2桥臂；
[0013]逆变器2中四个桥臂对应为：逆变器2存在T21、T24桥臂，T23、T22桥臂，T25、T26桥臂和Tn3、Tn4桥臂；
[0014]所述逆变器1与逆变器2使用两个直流源分别供电。
[0015]进一步地，所述双定子永磁电机为双定子单转子的三相永磁电机，两个定子具有独立的三相电枢绕组且各自中性点不相连。双定子永磁电机包括定子1和定子2；
[0016]所述定子1包括三个电枢绕组和一个冗余相N1，三个电枢绕组对应为：A1电枢绕组、B1电枢绕组和C1电枢绕组；其中A1电枢绕组与T11、T14桥臂中点相连，B1电枢绕组与T13、T12桥臂中点相连，C1电枢绕组与T15、T16桥臂中点相连，冗余相N1与Tn1、Tn2桥臂中点相连；
[0017]所述定子2包括三个电枢绕组和一个冗余相N2，三个电枢绕组对应为：A2电枢绕组、B2电枢绕组和C2电枢绕组；其中A2电枢绕组与T21、T24桥臂中点相连，B2电枢绕组与T23、T22桥臂中点相连，C2电枢绕组与T25、T26桥臂中点相连，冗余相N2与Tn3、Tn4桥臂中点相连。
[0018]进一步地，步骤2)中电枢绕组发生故障的故障包括：单相故障、两相故障和三相故障。
[0019]进一步地，所述单相故障为：
[0020]当定子1的A1电枢绕组、B1电枢绕组或C1电枢绕组发生单相故障时，断开故障相与逆变器1的连接，用N1冗余相将Tn1、Tn2桥臂的中点和定子1的中性点o1连接，原先控制故障相对应桥臂的开关信号用于控制Tn1、Tn2桥臂；
[0021]当定子2的A2电枢绕组、B2电枢绕组或C2电枢绕组发生单相故障时，断开故障相与逆变器2的连接，用N2冗余相将Tn3、Tn4桥臂中点和定子2的中性点o2连接，原先控制故障相对应桥臂的开关信号用于控制Tn3、Tn4桥臂。
[0022]进一步地，所述两相故障为：
[0023]当双定子永磁电机发生两相故障时，若为单个定子的两相发生故障，去掉存在故障相的定子，仅运行剩下的单个定子；若两个定子的电枢绕组相均发生单相故障，则断开这两个故障相与对应逆变器的连接，用N1冗余相将Tn1、Tn2桥臂中点和定子1中性点o1连接，原先控制故障相对应桥臂的开关信号用于控制Tn1、Tn2桥臂，用N2冗余相将Tn3、Tn4桥臂中点和定子2中性点o2连接，原先控制故障相对应桥臂的开关信号用于控制Tn3、Tn4桥臂。
[0024]进一步地，所述三相故障为：
[0025]当电机发生三相故障时，去掉故障相多的定子，仅运行剩下的单个定子；此时，若剩下的单个定子为定子1且发生单相故障，则断开故障相与逆变器1的连接，用N1冗余相将Tn1、Tn2桥臂的中点和该定子中性点连接，原先控制故障相对应桥臂的开关信号用于控制
Tn1、Tn2桥臂，若剩下的单个定子为定子2时处理方式可类推得出。
[0026]进一步地，步骤3)采样非故障相或正常相的电流输入到滑模观测器和模型预测控制模块(非故障相是指发生故障的定子中去除故障后剩余的两相，正常相是指未发生故障定子的所有三相)，估算得到估计转子位置角和估计速度的过程为：
[0027]若双定子永磁电机的电枢绕组发生故障，在经过步骤2)的双三相四桥臂逆变器容错后，非故障相或正常相的电流输入方式为：
[0028](1)当双定子永磁电机发生两相故障且在单个定子上，或发生三相故障时，逆变器容错后只剩单个定子，采样这个定子的非故障相的两相电流或正常的三相电流输入到滑模观测器和模型预测控制模块；
[0029](2)当双定子永磁电机发生两相故障且存在两对相对的非故障相的电枢绕组时，将每对相对的非故障相的电流取平均值之后均输入到一个滑模观测器，再输入到一个模型预测控制模块；
[0030](3)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法，其特征在于：包括步骤1)通过电流传感器分别采集双定子永磁电机中两个定子的电枢绕组的相电流，根据采集的相电流判断电机故障相；步骤2)当电机电枢绕组发生故障，断开故障相与双三相四桥臂逆变器的连接，并接入冗余相或切除发生故障的整个定子；步骤3)采样非故障相或正常相的电流输入到滑模观测器和模型预测控制模块，估算得到估计转子位置角和估计速度，将估计速度和参考速度输入转速调节器得到参考电流值；步骤4)参考电流值经过电流分配模块得到双定子电流参考值，将双定子电流参考值与估计转子位置角和估计速度输入到模型预测控制模块，得到开关信号，驱动双三相四桥臂逆变器工作。2.如权利要求1所述的双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法，其特征在于：所述双三相四桥臂逆变器包括具有四个桥臂的逆变器1和具有四个桥臂的逆变器2，逆变器1中四个桥臂对应为：T11、T14桥臂，T13、T12桥臂，T15、T16桥臂和Tn1、Tn2桥臂；逆变器2中四个桥臂对应为：逆变器2存在T21、T24桥臂，T23、T22桥臂，T25、T26桥臂和Tn3、Tn4桥臂；所述逆变器1与逆变器2使用两个直流源分别供电。3.如权利要求2所述的双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法，其特征在于：所述双定子永磁电机包括定子1和定子2；所述定子1包括三个电枢绕组和一个冗余相N1，三个电枢绕组对应为：A1电枢绕组、B1电枢绕组和C1电枢绕组；其中A1电枢绕组与T11、T14桥臂中点相连，B1电枢绕组与T13、T12桥臂中点相连，C1电枢绕组与T15、T16桥臂中点相连，冗余相N1与Tn1、Tn2桥臂中点相连；所述定子2包括三个电枢绕组和一个冗余相N2，三个电枢绕组对应为：A2电枢绕组、B2电枢绕组和C2电枢绕组；其中A2电枢绕组与T21、T24桥臂中点相连，B2电枢绕组与T23、T22桥臂中点相连，C2电枢绕组与T25、T26桥臂中点相连，冗余相N2与Tn3、Tn4桥臂中点相连。4.如权利要求3所述的双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法，其特征在于：步骤2)中电枢绕组发生故障的故障包括：单相故障、两相故障和三相故障。5.如权利要求4所述的双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法，其特征在于：所述单相故障为：当定子1的A1电枢绕组、B1电枢绕组或C1电枢绕组发生单相故障时，断开故障相与逆变器1的连接，用N1冗余相将Tn1、Tn2桥臂的中点和定子1的中性点o1连接，原先控制故障相对应桥臂的开关信号用于控制Tn1、Tn2桥臂；当定子2的A2电枢绕组、B2电枢绕组或C2电枢绕组发生单相故障时，断开故障相与逆变器2的连接，用N2冗余相将Tn3、Tn4桥臂的中点和定子2的中性点o2连接，原先控制故障相对应桥臂的开关信号用于控制Tn3、Tn4桥臂。6.如权利要求4所述的双定子永磁电机的无速度传感器容错控制方法，其特征在于：所述两相故障为：当双定子永磁电机发生两相故障时，若为单个定子的两相发生故障，去掉存在故障相的定子，仅运行剩下的单个定子；若两个定子的电枢绕组相均发生单相故障，则断开这两个故障相与对应逆变器的连接，用N1冗余相将Tn1、Tn2桥臂中点和定子1中性点o1连接，原先
控制故障相对应桥臂的开关信号用于控制Tn1...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅建华，庄安荣，翟良冠，
申请(专利权)人：南京科远驱动技术有限公司，
类型：发明
国别省市：