[發明專利]一種電動汽車用軸向磁場磁通切換永磁電機容錯控制方法

有效

• 申請號: 201510054387.3
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104617827B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 林明耀;趙紀龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P21/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于電氣傳動技術領域，涉及一種容錯控制方法，特別是涉及一種電動汽車用軸向磁場磁通切換永磁電機容錯控制方法。

背景技術

隨著能源危機和環境污染的日益加重，電動汽車成為未來汽車可持續發展的必然趨勢。電動汽車既承載著向可持續發展轉型的重任，同時又肩負著向人們展示激情與形象的使命。目前，電動汽車采用的電機主要有三相異步電機、開關磁阻電機和永磁同步電機，其中永磁同步電機由于體積小、功率密度高、效率高、功率因數高等優點使它具有更高的應用優勢。近年來，越來越多的科研單位和企業正在逐漸加快永磁同步電機的研究與應用。

軸向磁場磁通切換永磁(axial field flux-switching permanent magnet，AFFSPM)電機是一種新型的定子永磁型磁通切換電機，它將磁通切換理念和軸向磁場電機有效地結合起來，如圖1所示。所以AFFSPM電機結合了永磁同步電機和磁通切換電機特點，一方面具有結構簡單、體積小、控制靈活等優點；一方面具有高效率、高功率密度等優點。此外，由于該電機永磁體位于定子并具有獨特的聚磁效應，因此可以用相對較少的永磁材料獲得較高的氣隙磁密，轉子既無繞組也無永磁體，結構簡單，軸向長度短，所以非常適合用作電動汽車輪轂電機。

電動汽車運行壞境惡劣，功率變換器是軸向磁場磁通切換永磁電機驅動中最容易發生故障的薄弱環節。控制器逆變橋最容易發生單相斷路故障，目前，對于軸向磁場磁通切換永磁電機驅動系統容錯控制研究較少，未見相相關文獻與報道，由于其應用場合的特殊性，安全性與可靠性問題尤為重要，容錯控制成為研究重點，容錯控制的實現包括故障檢測、識別與隔離三個步驟。故障檢測與識別系統成為故障診斷，是容錯控制的基礎和關鍵。功率半導體器件及其控制驅動電路時電機系統中最容易發生故障的薄弱環節。其中功率變換器故障占整個驅動系統故障的82.5％。功率變換器通常由功率管開路或短路引起，故障后電機工作性能下降，甚至喪失工作能力。

發明內容

技術問題：本發明針對現有技術之不足，在分析軸向磁場磁通切換永磁電機的基礎上，提出了一種能夠準確檢測電動汽車用軸向磁場磁通切換永磁電機功率變換器故障狀態，使其運行在容錯狀態，并大大提高電動汽車在功率變換器故障狀態下安全性能的電動汽車用軸向磁場磁通切換永磁電機容錯控制方法。

技術方案：本發明的軸向磁場磁通切換永磁電機容錯控制方法，包括以下步驟：

(1)從電機主電路采集相電流i_a、i_b、i_c、i_e、i_f、i_g，對電機進行準確初始位置檢測，從電機編碼器上采集信號，送入控制器進行處理，得出轉速n和轉子位置角θ；

(2)將采集的相電流i_a、i_b、i_c、i_e、i_f、i_g經跟隨、濾波、偏置和A/D轉換，然后進行帕克變換，得到兩相旋轉坐標系下的第一定子的d軸電流i_d和第二定子的d軸電流i′_d、第一定子的q軸電流i_q和第二定子的q軸電流i′_q；

(3)用給定轉速n^*減去編碼器實測轉速n，后得到轉速偏差△n，將所述轉速偏差△n輸入速度調節器經比例積分運算后得到轉矩參考值將轉矩參考值母線電壓U_dc、第一定子的d軸電流i_d和第二定子的d軸電流i′_d、第一定子的q軸電流i_q和第二定子的q軸電流i′_q、編碼器實測轉速n和給定轉速n^*輸入電流分配器，根據給定相電流與采集到的相電流的差值判斷故障狀態，即給定相電流為實測相電流為i_k(k＝a,b,c,e,f,g)，則二者差值為當連續兩個檢測周期內，△ε_k同號，則說明有故障發生，當軸向磁場磁通切換永磁電機控制系統狀態正常時，進入步驟4)，當軸向磁場磁通切換永磁電機控制系統發生故障時，進入步驟5)；

(4)采用i_d＝0控制策略，電流分配器按照如下電流分配方案輸出電流：