五相电机同轴串联系统的轴偏补偿方法技术方案

五相电机同轴串联系统的轴偏补偿方法，涉及电机控制技术领域。本发明专利技术是为了解决五相电机的同轴串联驱动系统出现轴偏故障时，会导致输出效率下降以及两串联电机转矩产生偏差的问题。本发明专利技术所述的五相电机同轴串联系统的轴偏补偿方法，先对五相电机同轴串联系统进行轴偏角度检测，确定轴偏角大小；然后根据轴偏角对串联系统进行轴偏补偿，提升系统转矩输出效率，解决两电机转矩输出不均问题。解决两电机转矩输出不均问题。解决两电机转矩输出不均问题。

【技术实现步骤摘要】
五相电机同轴串联系统的轴偏补偿方法


[0001]本专利技术属于电机控制


技术介绍

[0002]由于越来越多的大功率液压机械化设备开始电气化改造，所以大惯量执行机构的电气化驱动对电机驱动系统提出更多要求。大惯量执行机构的驱动方式多采用双机同轴串联驱动方式，以满足高转矩输出，降低大惯量动态影响，延长传动轴使用寿命等需求。但是，两同轴结构的传统三相电机缺乏故障容错的能力，无法满足在航空航天等领域的高功率密度和高可靠性需求。而多相永磁同步电机具有低转矩脉动、强容错能力和低压大功率等输出特性，更适用于高惯量传动机构的串联驱动，多相电机的同轴串联驱动对系统功率和可靠性提升具有重要意义。其中五相电机的同轴串联驱动系统不仅能输出更大的功率，容错及可靠性提升。单逆变器驱动对驱动体积和成本均具有不可替代的优势。不过，机械同轴的刚性连接是为了保证两电机位置的一致性，当装配有偏差以及连接轴老化等问题存在时，均会造成连接轴相位偏移，使两电机出现位置偏差。轴偏故障对系统转矩输出效率有重要影响，会造成两电机转矩输出不均，促使轴偏持续恶化。而严重的轴偏故障除了会导致效率下降外，还会使两电机产生相反扭矩，降低连接轴使用寿命，进而影响连接轴的可靠性，对系统运行造成安全隐患。综上所述，系统输出效率下降和两串联电机的转矩偏差是轴偏故障急需解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了解决五相电机的同轴串联驱动系统出现轴偏故障时，会导致输出效率下降以及两串联电机转矩产生偏差的问题，现提供五相电机同轴串联系统的轴偏补偿控制方法。
[0004]五相电机同轴串联系统的轴偏补偿方法，包括以下步骤：
[0005]步骤一：采用五相
‑
两相静止变换阵将五相电机同轴串联系统在自然坐标系下的五相电流Ι
s
变换为静止坐标系下的α和β轴电流；
[0006]步骤二：利用磁链观测器对五相电机同轴串联系统进行观测，获得基波下α和β轴的定子绕组磁链观测值；
[0007]步骤三：通过下式计算五相电机同轴串联系统α和β轴的永磁磁链估计值：
[0008][0009]其中，和分别为两个五相电机基波下α轴的永磁磁链估计值，和分别为两个五相电机基波下β轴的永磁磁链估计值，和分别为两个五相电
机基波下α轴的定子绕组磁链观测值，和分别为两个五相电机基波下β轴的定子绕组磁链观测值，i
α
和i
β
分别为静止坐标系下的α和β轴电流，L
α1
和L
α2
分别为两个五相电机基波下α轴的电感，L
β1
和L
β2
分别为两个五相电机基波下β轴的电感；
[0010]步骤四：采用归一化锁相环估算五相电机同轴串联系统磁链的估计位置角
[0011]步骤五：根据五相电机同轴串联系统磁链的估计位置角和一个五相电机的实际位置角θ计算轴偏角的估计值
[0012][0013]步骤六：调整五相电流Ι
s
使得五相电机同轴串联系统磁链的位置角θ
sys
符合下式：
[0014][0015]使得五相电机同轴串联系统输出转矩最大，完成轴偏补偿。
[0016]进一步的，上述步骤一中根据下式获得静止坐标系下的α和β轴电流：
[0017][0018]其中，α＝2π/5，i
a
、i
b
、i
c
、i
d
和i
e
分别为五相电机a、b、c、d和e相电流。
[0019]进一步的，上述步骤二中磁链观测器的表达式为：
[0020][0021]其中，R
s1
和R
s2
分别为五相电机同轴串联系统中两个电机的内阻，u
α
和u
β
分别为基波下α和β轴的电压，和分别为基波下α和β轴的定子绕组磁链观测值，p[ ]表示微分函数。
[0022]进一步的，上述步骤四中利用下式估算五相电机同轴串联系统磁链的估计位置角进一步的，上述步骤四中利用下式估算五相电机同轴串联系统磁链的估计位置角
[0023]其中，ψ
dm
为永磁体磁链幅值。
[0024]进一步的，上述永磁体磁链幅值ψ
dm
的表达式如下：
[0025][0026]进一步的，上述五相电机同轴串联系统总输出转矩T
e
为：
[0027][0028]其中，q为电机极对数，θ
x
为补偿角，当输出转矩最大时
[0029]通过以上方法，能够使五相电机的同轴串联驱动系统在输出更大功率的同时，容错及可靠性也得到提升。具体的，本专利技术的优势在于：
[0030]1)在无位置辨识的情况下既可用于轴偏诊断又可进行轴偏补偿。
[0031]2)通过重新定位电流矢量到最优轴偏补偿角，最大程度提高轴偏时系统的输出转矩，提高系统的转矩输出效率。
[0032]3)解决两电机转矩输出不均问题，避免轴偏故障持续加剧，延长连接和传动轴的使寿命，也避免了轴偏严重故障时相反转矩引起的安全问题。
[0033]4)降低了同轴装配难度，增加了同轴串联系统对轴偏故障的容错能力，即使在正负轴偏角30度以内，串联电机的转矩输出效率均在97％以上，使系统保持优良的运行性能。
[0034]综上所述，本专利技术提出一种五相电机同轴串联系统的轴偏补偿方法，能够提高轴偏故障时系统的转矩输出效率，解决轴偏引起的电机转矩不均问题，延长连接轴使用寿命。对系统的输出效率和可靠性提升有着重要意义。
附图说明
[0035]图1为五相电机同轴串联系统的结构图，其中，(a)表示机械结构，(b)表示电气结构；
[0036]图2为五相电机同轴串联系统FOC控制框图；
[0037]图3为归一化正交锁相环位置检测框图；
[0038]图4为两个五相电机的空间综合矢量轴偏示意图；
[0039]图5为轴偏补偿重定向电流的综合矢量示意图；
[0040]图6为最优补偿角选取示意图；
[0041]图7为五相电机同轴串联转矩输出效率最优轴偏补偿控制框图。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0043]具体实施方式一：由于五相电机同轴串联系统对同轴相位同步要求较高，但是轴偏问题又无法避免。为此，本实施所采用的方案中总共包含两大部分手段来应对：
[0044]第一，对五相电机同轴串联系统进行轴偏角度检测，确定轴偏角大小；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.五相电机同轴串联系统的轴偏补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：采用五相
‑
两相静止变换阵将五相电机同轴串联系统在自然坐标系下的五相电流Ι
s
变换为静止坐标系下的α和β轴电流；步骤二：利用磁链观测器对五相电机同轴串联系统进行观测，获得基波下α和β轴的定子绕组磁链观测值；步骤三：通过下式计算五相电机同轴串联系统α和β轴的永磁磁链估计值：其中，和分别为两个五相电机基波下α轴的永磁磁链估计值，和分别为两个五相电机基波下β轴的永磁磁链估计值，和分别为两个五相电机基波下α轴的定子绕组磁链观测值，和分别为两个五相电机基波下β轴的定子绕组磁链观测值，i
α
和i
β
分别为静止坐标系下的α和β轴电流，L
α1
和L
α2
分别为两个五相电机基波下α轴的电感，L
β1
和L
β2
分别为两个五相电机基波下β轴的电感；步骤四：采用归一化锁相环估算五相电机同轴串联系统磁链的估计位置角步骤五：根据五相电机同轴串联系统磁链的估计位置角和一个五相电机的实际位置角θ计算轴偏角的估计值角θ计算轴偏角的估计值步骤六：调整五相电流Ι
s
使得五相电机同轴串联系统磁链的位置角θ
sys
符合下式：使得五相电机同轴串联系统输出转矩最大，完成轴偏补偿。2.根据权利要求1所述的五相电机同轴串联系统的轴偏补偿方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨贵杰，孙国栋，苏健勇，钟本诚，谭凯文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：