容错电机控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种新的多相电机控制系统。该控制系统包括激励电路，用于激励每个相绕组，和控制电路，用于确定电机的单个相的相电流，以产生施加到激励电路上用以激励相绕组的控制信号。当电机的至少一个相出现故障时，模式选择电路能够使控制电路在非纠错模式下或在纠错模式下操作。在非纠错操作模式中，将继续工作的相的相电流保持不变。在纠错模式中，根据预定参数来改变继续工作的相的相电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】容错电机控制系统
本申请涉及一种电机，尤其是一种用于对多相电机进行容错操作的控制系统。
技术介绍
对于一种执行关键任务(例如在军事应用中)的电机而言，重要的是即使出现相故障电机仍能继续工作。因此，综合容错变成电机设计的一个主要方面。通常，电机配备冗余的部件，用以支持容错操作。例如，美国专利4,434,389公开了一种无刷直流电机，该电机具有永磁转子和带有多个冗余组的绕组的定子。该转子由四个或更多个磁极组成。在四极电机中使用两组定子绕组，在六极电机中使用三组，而在八极电机中使用四组。每组中的绕组以Y形、△形或星形结构连接，用以进行三相激励。在每一组绕组的单个绕组中的电流是通过换向器进行机械切换，或者通过连接到单组绕组上的换相电路来进行电切换。在电机的移动部分和静止部分之间的相对位置关系由独立的位置传感器组来检测，该独立的位置传感器组独立地连接到相应的换向电路上。可以以最大转矩同时操作各换向电路，并且如果一个和多个电路或绕组出现故障，则也可以以降低的转矩进行操作。因此，以导致高成本设计和操作的复杂绕组设计为代价提供了一种冗余技术。因此，希望开发一种控制系统，其能够对电机进行容错操作而不需冗余的部件-->
技术实现思路
本专利技术提供了一种新的多相电机控制系统，该系统不需要冗余的部件便能够在出现相故障时继续其工作。如果出现相故障时，本专利技术的控制系统能够使电机工作而不需执行任何纠错程序。而且，本专利技术的控制系统通过在不进行纠错的操作和执行适当的纠错程序之间进行选择向用户提供了较高的灵活性。此外，可以根据用户的优先选择来定制各纠错参数，这些纠错参数定义了丢相时的电机特性。该控制系统用于控制具有多个定子相部分和一个转子的电机。每个定子相部分包括形成于铁芯部件上的相绕组。该控制系统包括：激励电路，其连接到定子相绕组上用于激励每个相绕组，和控制电路，用于确定电机的单个相的相电流，以生成施加到所述激励电路用以激励所述相绕组的控制信号；当电机的至少一相出现故障时，模式选择电路可以使所述控制电路按照非纠错模式或纠错模式进行操作。在所操作的非纠错模式中，将继续工作的相的相电流保持不变；，在纠错模式中，根据预定的各参数来改变继续工作相的相电流。该控制电路可以禁止对相应于故障相的相绕组进行激励。根据本专利技术的实施例，在纠错模式下用于改变相电流的预定参数可以包括：在对应于故障相的相角处的最大电流幅值，和在相对于故障相偏移了90度的相角处的最小电流幅值。基于预定的各参数，控制电路可以在另一相出现故障之后根据其余相和故障相之间的相角距离或偏移来改变继续工作的相的相电流。用于改变相电流的各预定参数可以根据用户的优先选择来定制，以便获得在总转矩和转矩脉动之间所期望的平衡。-->通过以下具体的描述本领域技术人员可以容易理解本专利技术附加的优点，其中仅仅示出和描述了本专利技术的优选实施例，简单地说明了为实施本专利技术而设计的最佳方式。可以明白，在不背离本专利技术的情况下，本专利技术能够是其他的和不同的实施例，并且在各种显而易见的方面对多个细节进行改变是可能的。因此，附图和说明书在本质上都应当认为是示例性的，而并非限制性的。附图说明图1示出了在可应用于本专利技术的构造中的转子和定子部件的示意图。图2示出了本专利技术的容错控制系统的简化方框图。图3示出了本专利技术的容错模式选择程序的流程图。图4示出了本专利技术的一种示例性纠错算法的流程图。图5示出了在本专利技术的纠错模式下用于改变相电流的示例性预定参数的框图。图6A和6B示出了在纠错模式下改变相电流的示意图。图7、8和9示出了为获得电机的总转矩由每相所产生的转矩的示意图。具体实施方式本专利技术适于控制例如在美国共同未决申请第09/826,422号中所公开的电机，该申请于2001年4月5日由Maslov等人提交，其内容作为参考包含于此，然而本专利技术也可以适用于其它各种永磁电机和转换磁阻电机。图1是示出了上述申请中所述的电机10的转子和定子部件的示意图，其所公开的内容已经包含在这里。转子组件20是环孔状结构，具有沿圆柱形支承板25大体均匀分布的永磁体21。该永磁体是转子磁极，其沿该环孔的内圆周按磁极性交替变换。该转子包围该定子组件30，转子和定子组件由环状径向气隙分隔。定子30包括多个沿该气隙均匀分布的具有相同结构的电磁铁芯部分。每-->个铁芯部分包括一个通常为U形的磁结构36，该磁结构形成两个磁极，所述的两个磁极具有面对气隙的各表面32。将绕组38卷绕在磁极对的绕组支架上，然而铁芯部分也可以被构造成容纳在连接了磁极对的部分上所形成的单个绕组。每个定子电磁铁芯结构与相邻的定子铁芯部件相分离，并且与相邻的定子铁芯部件磁性隔离。定子部件36被固定到不透磁的支撑结构上，由此形成环孔状结构。该结构消除了来自相邻定子极组的杂散变压器磁通效应的发射。因此，定子电磁体是包含相应的定子相的独立单元。本专利技术下述的原理也可应用于其它永磁电机结构，其中包括支撑所有相绕组的单个定子铁芯。图2是根据本专利技术的电机控制系统的框图。该控制系统包括控制器210，用于控制包括图1所示的转子20和定子30的多相电机10。该定子具有多个相绕组，该相绕组被电源电子(PE)电路220所提供的驱动电流可切换地激励。例如，图2示出了提供给七个定子相绕组的PE电路220-1到220-7。然而，本专利技术能够适用于任意电机相数。每个PE电路可以包括一个经由驱动器元件由控制器210控制的电子开关组。这些开关组可以包括多个MOSFET H型桥，例如InternationalRectifier的IRFIZ48N-ND。栅极驱动器可以包括Intersil的MOSFET栅极驱动器HIP4082IB。控制器210具有一个或多个用户输入和用于在运行期间检测电机状态的多个输入。每个相绕组中的电流由多个电流传感器230中相应的一个电流传感器来检测，将该多个电流传感器的输出提供给控制器210。为此，该控制器可以具有多个输入，或者可选地，可以将来自电流传感器的信号进行多路复用并且连接到单个控制器输入上。例如F.W.Bell的SM-15的霍耳效应电流传感器可以用作电流传感器230。转子位置传感器240连接到控制器210的另一输入上，用以向控-->制器提供位置信号。该位置传感器可以包括任何已知的传感装置，例如霍耳效应器件(Allegro Microsystems的92B5308)、巨磁电阻(GMR)传感器、电容式旋转传感器、簧片开关、包含非晶传感器的脉冲有线传感器、分解器、光传感器等等。该位置传感器240的输出也被施加到速度近似器242上，该速度近似器将位置信号转换为速度信号，以便将该速度信号施加到控制器210的另一个输入上。控制器210可以包括微处理器或等效的微控制器，例如TexasInstrument的数字信号处理器TMS320LF2407APG。为了产生期望的相电流，控制器210产生如下控制电压：Vi(t)＝LidIdi/dt+RiIi+Ei+ksiei其中Vi(t)是相绕组两端的电压；Idi(t)是为获得期望转矩所要产生的期望的相电流；Li(t)是相电流；Ri是绕组电阻；Ei(t)是反电动势；Li是绕组自感；Ksi是电流回路反馈增益；以及ei是相电流误差。控制器210所输出的控制电压Vi(t)代表为获得用户要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相电机的控制系统，所述电机具有多个定子相部分和转子，每个定子相部分包括形成在铁芯部件上的相绕组，所述系统包括：激励电路，连接到定子相绕组上，用于激励各个相绕组；控制电路，用于确定电机的单个相的相电流，以生成施加到所述激 励电路用以激励所述相绕组的控制信号；和模式选择电路，用于当电机的某相出现故障时使所述控制电路能够按照第一和第二操作模式中的一个进行操作，在该第一操作模式中，将继续工作的各相的相电流保持不变，并且在该第二操作模式中，根 据预定参数改变继续工作的各相的相电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-10-6 10/678,1331.一种多相电机的控制系统，所述电机具有多个定子相部分和转子，每个定子相部分包括形成在铁芯部件上的相绕组，所述系统包括：激励电路，连接到定子相绕组上，用于激励各个相绕组；控制电路，用于确定电机的单个相的相电流，以生成施加到所述激励电路用以激励所述相绕组的控制信号；和模式选择电路，用于当电机的某相出现故障时使所述控制电路能够按照第一和第二操作模式中的一个进行操作，在该第一操作模式中，将继续工作的各相的相电流保持不变，并且在该第二操作模式中，根据预定参数改变继续工作的各相的相电流。2.如权利要求1所述的系统，其中在所述第一模式中，所述控制电路被构造成停止对相应于故障相的相绕组进行激励。3.如权利要求1所述的系统，其中在所述第二模式中，所述控制电路被构造成根据其余相和故障相之间的距离来改变其余相的相电流。4.如权利要1所述的系统，其中在所述第二模式中，所述控制电路被构造成根据如下相位处的预定的最大电流幅值来改变其余相的相电流，其中所述相位设置在相对于故障相的预定相角处。5.如权利要1所述的系统，其中在所述第二模式中，所述控制电路被构造成根据在相对于最大电流幅值的相位偏移了90度相角处的预定的最小电流幅值来改变其余相的相电流。6.如权利要1所述的系统，其中根据用户的选择对用于改变相电流的该预定参数进行定制。7.如权利要6所述的系统，其中定制该预定参数以便在总转矩和转矩脉动之间获得期望的平衡。8.一种多相电机的控制系统，所述电机具有多个定子相部分和转子，每个定子相部分包括形成于铁芯部件上的相绕组，所述系统包括：激励电路，连接到该定子相绕组上，用于激励每个相绕组；控制电路，用于确定电机的单个相的相电流，以生成施加到所述激励电路用以激励所述相绕组的控制信号；和纠错电路，相应于电机的相故障，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍里斯A马斯洛夫，袁国辉，
申请(专利权)人：波峰实验室责任有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]