[發明專利]一種四相永磁容錯電動機的控制方法

無效

• 申請號: 200810022702.4
• 申請日: 2008-07-24
• 公開（公告）號: CN101335499A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發明（設計）人: 孫玉坤;任元;朱紀洪;吉敬華
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P25/02;H02P27/06
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種四相永磁容錯電動機的控制方法，適用于航空航天、軍事裝備等對可靠性有很高要求的特殊電氣傳動領域，屬于電力傳動控制的技術領域。?

背景技術

電動作動器系統是飛行自動控制系統不可缺少的關鍵組成部分，它能否可靠工作直接決定飛行器是否能安全飛行，因此，高可靠電動作動器的研究受到了航空航天領域的廣泛關注。可靠性技術的發展正經歷從初級的余度技術發展到高級的容錯技術。四相永磁容錯電動機因具有高可靠性和容錯性已在國外航空航天領域開始受到廣泛關注。2004年，Mecrow教授將研制的四相永磁容錯電機成功應用于飛機的燃油泵系統中，取得了很好的容錯效果，大大地提高了燃油泵系統的可靠性，從而顯示了四相永磁容錯電機在航空系統中具有強大生命力。但國內對四相永磁容錯電動機及其控制系統的研究很少。?

針對四相永磁容錯電動機的控制，目前主要有查表法和最優轉矩控制法兩種方案。兩者相同之處在于都是通過電流控制器發生PWM波，實現電樞電流跟蹤參考電流。不同之處在于二者參考電流的獲得方法不一樣。前者是在采樣轉子的位置和直流母線電壓的基礎上在電動機的特性表上查表而得，后者是通過設定以銅耗最小為目標、零脈動轉矩為約束條件的一個價值函數而得到各相電流的解析式。查表法雖然簡單易行但電動機的非線性、強耦合和局部飽和等因素大大降低了電動機特性曲線的精度，特別是在有故障發生時系統參數將發生變化，從而使該控制方案的調速性較差。最優轉矩控制雖然理論上可以實現零轉矩波動，但其對故障信號的辨識精度及數字信號的運算和處理速度要求很高，因此在工程上很難實現。?

矢量控制通過空間矢量旋轉變換實現了電機電流、磁鏈、轉矩的解耦，使交流電機獲得了同直流電機一樣好的調速性能。特別地電壓空間矢量控制(SVPWM)是一種適合同步電動機運行機理、滿足圓形氣隙磁場要求的高性能控制方法，其具有便于數字實現、開關損耗小、逆變器輸出電壓利用率高、諧波成分少及轉矩波動小等突出優點，是各種應用于變頻傳動PWM方法中最好的一種。?

但是，當缺相故障發生時，逆變器每一個開關狀態對應電機空間電壓矢量與電機參數和電機運行的狀態相關，所以采用SVPWM方法實現電壓調制是十分復雜的，即使通過補償后，空間電壓矢量在空間中的分布規律也不強，通過計算矢量作用時間來實現PWM調制十分困?難。因此，在正常條件下具有優越調速性能的SVPWM控制在故障條件下并不可行。?

正是由于SVPWM不適合于故障條件下的系統控制，所以目前的容錯控制系統為了容錯控制的方便而采用電流調節PWM來實現電流的跟蹤。在缺相故障條件下采用電流調節PWM方法是一個權宜之計，但這種方法工作在正常模式時卻不可避免地表現出穩態性能較差、轉矩波動大、逆變器開關頻率不固定且功率器件不能充分利用等不足，于是目前的容錯控制系統雖然兼顧了容錯控制的方便但犧牲了正常工作時系統的性能。因此設計一種控制方案，既能充分發揮SVPWM控制在電機正常工作時的優越性能，又能夠方便實現故障條件下的電流跟蹤是容錯控制系統需要解決的關鍵問題之一。?

對SVPWM方法的研究目前主要集中于三相電機系統，也有學者提出了五相電機和六相電機的SVPWM策略，但從目前公開發表的文獻看還沒有四相電機的SVPWM控制策略，因此研究四相永磁容錯電動機的SVPWM控制，不僅可服務于四相永磁容錯電動機的高性能控制，而且可以直接用于其他四相電動機的控制系統。?

綜上所述，在現有技術的基礎上，在考慮可行性的前提下整合各種先進的控制方法和手段，設計出一種新的適用于四相永磁容錯電動機的容錯控制方法以實現其高可靠和高精度控制是非常重要和必要的。?

發明內容

本發明的目的在于克服傳統的容錯控制系統為了容錯控制的方便而采用電流調節PWM來實現電流跟蹤而犧牲電動機正常情況下的穩態性能的不足，提出一種應用于四相永磁容錯電動機的容錯雙模控制方法實現其在正常和缺相故障條件下的高性能運行；本發明的進一步的目的還在于，針對現有四相永磁容錯電機在高精度和高可靠性控制方面的不足，提出一種不同于傳統三相系統的SVPWM策略，將其應用于四相永磁容錯電機的控制系統；基于現有四相永磁容錯電機控制系統計算過分復雜而難于工程實現的不足，提出一種容錯轉矩控制策略，方便地實現其在故障條件下的無擾運行且最大限度地提高其在故障條件下的負載能力。?