多相永磁容错电机解耦控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多相永磁容错电机解耦控制方法，其点是包括以下步骤：（ａ）创建永磁容错电机在多相静止坐标系下的数学模型，推导出多相静止坐标系到二相旋转坐标系的变换矩阵；（ｂ）在二相旋转坐标系下，控制定子电流的直轴分量ｉ↓［ｄ］＝０，独立控制定子电流的交轴分量ｉ↓［ｑ］对电磁转矩Ｔ↓［ｄ］的控制，实现多相永磁容错电机电流、磁链、转矩的解耦控制。由于通过空间矢量变换，确定了定子磁链与转子位置角θ解耦的变换矩阵，实现了对多相永磁容错电机磁链的解耦控制，这种控制方法对永磁容错电机具有超调小、控制精度高、响应速度快的特点，且在负载波动时，电磁转矩可在１Ｓ～２Ｓ内达到稳定状态，电机表现出良好的动、静态性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
在一些对系统可靠性要求很高的电力作动领域，如新一代飞机的舵面操纵、燃油、刹 车、环境控制等与飞行安全和飞行性能紧密相关的电力操纵和电力传动系统；核电站的冷却 水泵系统；舰船驱动系统；电力车辆的驱动系统；卫星天线的驱动系统等，它们共同的特点 就是对系统可靠性和容错能力要求非常高，驱动电机的容错结构设计及容错电机转矩的高性 能控制方法是其关键技术之一。目前，国内外在此方面研究虽然不少，但目前尚没有能够对永磁容错电机进行有效的解 耦控制方法。对电机的容错结构设计，多采用多相或多套绕组方案，与本专利技术研究的电机绕 组结构有很大不同。对于本专利技术研究的永磁容错电机的本体结构设计，国外进行了研究并公 开了原理样机，但没有涉及到这种结构电机的解耦控制方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种，通过空间矢量变换，确定定子磁链与 转子位置角^解耦的变换矩阵，以实现对多相永磁容错电机磁链的解耦控制，获得高品质的 调速性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案 一种，其特 点是包括以下步骤(a) 创建永磁容错电机在多相静止坐标系下的数学模型，推导出多相静止坐标系到二相 旋转坐标系的变换矩阵；(b) 在二相旋转坐标系下，控制定子电流的直轴分量^=0，独立控制定子电流的交轴分量々对电磁转矩7;进行控制，实现多相永磁容错电机电流、磁链、转矩的解耦控制。本专利技术的有益效果是由于通过空间矢量变换，确定了定子磁链与转子位置角^解耦的 变换矩阵，实现了对多相永磁容错电机磁链的解耦控制，这种控制方法对永磁容错电机具有 超调小、控制精度高、响应速度快的特点，且在负载波动时，电磁转矩可在1S 2S内达到稳 定状态，电机表现出良好的动、静态性能。下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。 附图说明图1是本专利技术实施例六相八极永磁容错电机拓扑结构图。 图2是本专利技术中六相定子绕组电流、磁势矢量图。 图3是本专利技术中六相静止坐标系与两相静止坐标糸对比图。 图4是本专利技术中两相静止坐标系与两相旋转坐标系对比图。 具体实施例方式本专利技术以六相8极永磁容错电机为例进行说明，六相10极、五相8极、四相4极等结构 永磁容错电机的实施方法与步骤与本实施例相同。参照图1，具有容错能力的多相永磁同步电机转子镶嵌稀土永磁磁钢，可采用径向或切 向结构。定子结构是每相绕组绕在一个电枢齿上，每槽只有一相绕组，没有绕组的电枢齿作 为磁通回路起着相间热隔离和电隔离的作用。这种结构的电机绕组端部由于不交叠而产生物 理隔离，从而避免了相间短路这种严重故障。当一相绕组发生短路故障时，短路电流产生的 热量会对磁钢和其它相绕组产生不利影响，而没有绕组的电枢齿对其产生的瞬间热量有隔离 作用，良好的电机外壳冷却设计也会帮助散热。绕组设计为高电抗用于限制短路电流，磁钢 采用钐钴稀土永磁材料以抵抗温度对磁钢性能的影响。另外，当检测到电机绕组故障时，驱 动控制会切掉故障相，由正常相承担负载，通过控制来补偿故障影响。这样，短路相绕组产 生的热量对正常相绕组的影响将会很小。对永磁容错电机在故障情况下的电磁场有限元分析 表明，短路相绕组几乎不改变相邻相的磁通量，因此称这种结构的电机为永磁容错电机。1、建立静止坐标系中六相永磁容错电机数学模型。参照图2，(1) 电压方程"6,S.=W6,/6,S+P^. (1)(2) 磁链方程v6S. = i6S. - /6S. + ^ . &、.的 (2) 式中， 、ns,、《,,、,、4、、 f;,、洲分别为定子绕组电压、电阻、磁链、电感、电流、转子磁势矩阵；S为空间电角度一,为转子永磁体磁链；P为微分算子。式(2)用矩阵表示<formula>formula see original document page 4</formula>式(3)中，^ "为定子J 尸相自感；/1/,,为两相绕组间互感(,=」~/^ j"~F)。由于永磁容错电机可实现相间磁隔离和电隔离，间隔相的互感为0，只考虑相邻两相互 感是合理假设。六相绕组匝数相等、分布对称，相绕组阻值为& =《,相自感相等且为￡ = A ,相互感为M = A/, F;) = ^~F)。转子磁链与定子各相交链的磁链为<formula>formula see original document page 5</formula>(4)由式(l)、式(3)和式(4)可得电机方程为<formula>formula see original document page 5</formula>G)电磁转矩方程 (4)机械运动方程<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 5</formula>式中，z;为电磁转矩；r,为负载转矩；J为转子转动惯量；w为机械角速度； 为阻尼 系数。2、六相静止坐标系到两相静止坐标系的变换。参照图3，六相静止坐标系中的A轴与两相静止坐标系中的M轴重合。六相对称绕组通 以六相对称电流产生的磁链^(, = _4~^)。从六相静止坐标系转换到两相静止坐标系的变换就 是将六相绕组产生的瞬时磁势或磁链投影到两相静止坐标系中的M、 T轴上。根据转换前后总磁势相等原理，六相瞬时磁势在M、 T轴上的投影<formula>formula see original document page 5</formula>式中 令=+ Ffi x cos 240° +x cos 120° + F/j x cos 0°+ F￡ xcos240"xcosl2(T (8) =0 +x sin 240° +尸(，x sin 120° + & x sin 0°+ F￡ x sin 240° +x sin 120° ，^ (j = /1~F)为六相定子绕组磁势；FM、 ^为两相静止坐标系中M、 T轴磁势分量。(9)<formula>formula see original document page 5</formula>则<formula>formula see original document page 5</formula>(10)(11)将[M rf'扩展为单位正交矩阵，可得变换矩阵<table>table see original document page 6</column></row><table>^3、 二相静止坐标系到二相旋转坐标系的变换。参照图4，旋转坐标系q轴超前d轴90度，沿逆时针方向旋转，将电机磁势由两相静止 坐标系变换到两相旋转坐标系过程中由于等效绕组匝数相等，故磁势变换关系与电流变换关 系一致。(13)将式(13)的方阵扩充为6维方阵，则二相静止坐标系到二相旋转坐标系的变换矩阵为<formula>formula see original document page本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相永磁容错电机解耦控制方法，其特征包括以下步骤：（ａ）创建永磁容错电机在多相静止坐标系下的数学模型，推导出多相静止坐标系到二相旋转坐标系的变换矩阵；（ｂ）在二相旋转坐标系下，控制定子电流的直轴分量ｉ↓［ｄ］＝０，独立控制定子电流的交轴分量ｉ↓［ｑ］对电磁转矩Ｔ↓［ｄ］的控制，实现多相永磁容错电机电流、磁链、转矩的解耦控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐蓉，林辉，陈峥，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]