[發(fā)明專利]一種五相永磁同步電機開路故障下的容錯控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710933989.5
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107565868A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 花為;黃文濤;陳富揚;殷芳博;丁石川
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)鹽城新能源汽車研究院
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/22;H02P25/026;H02P27/06;H02P29/028
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 徐激波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種五相永磁同步電機單相開路故障下的容錯控制系統(tǒng)及方法，屬于電機驅(qū)動及控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相比與傳統(tǒng)三相交流調(diào)速系統(tǒng)，多相交流調(diào)速系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：1)提高了電磁轉(zhuǎn)矩脈動的頻率，降低了轉(zhuǎn)矩脈動的幅值；2)增加定子繞組相數(shù)，降低了功率器件的容量，避免了由功率器件串、并聯(lián)所帶來的均壓、均流等問題；3)提高了系統(tǒng)的容錯運行能力，能實現(xiàn)故障狀態(tài)下的無擾容錯運行。此外，與異步電機相比，永磁同步電機具有更高的效率和更大的功率密度等。因此，多相永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)在大功率輸出和高可靠性場合，具有廣泛的應(yīng)用前景。

多相永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)中常見電氣故障分為逆變器故障和電機本體故障，每種電氣故障又可分為開路和短路兩種形式。上述兩種故障都會造成系統(tǒng)不對稱，產(chǎn)生周期性轉(zhuǎn)矩脈動，影響系統(tǒng)運行性能。容錯控制的目的是保證電機調(diào)速系統(tǒng)在故障情況下仍具有一定的輸出能力，維持系統(tǒng)的持續(xù)可靠運行。

另一方面，有限控制集模型預(yù)測控制能夠根據(jù)被控對象的約束和離散特性在線解決優(yōu)化問題，其結(jié)構(gòu)簡單，算法容易實現(xiàn)，而且具有良好的動態(tài)性能，近年來在電力電子和電機驅(qū)動領(lǐng)域被廣泛研究與應(yīng)用。

針對電壓型逆變器供電的五相永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)，中國發(fā)明專利《一種五相永磁同步電機有限集模型預(yù)測電流控制方法》(專利號為CN201611214528.4，公開日期為2017.03.15)公開了基于大矢量和中矢量合成的虛擬矢量的模型預(yù)測電流控制方法。中國發(fā)明專利《一種五相永磁同步電機模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法》(專利號為CN201710022345.0，公開日期為2017.06.06)公開了基于相鄰4矢量的五相永磁同步電機模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制方法。上述專利所公開的模型預(yù)測控制方法能提高五相永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)在正常運行時的性能，然而對故障狀態(tài)下的五相永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)模型預(yù)測控制研究較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對單相開路故障的五相永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)，提供了一種基于簡化電壓集和占空比優(yōu)化的模型預(yù)測容錯控制系統(tǒng)及方法，該方法能保證五相永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)在發(fā)生開路故障后仍然具有較好的運行性能，提高了系統(tǒng)帶故障運行能力。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種五相永磁同步電機開路故障下的容錯控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速PI控制器、電流重構(gòu)模塊、價值函數(shù)優(yōu)化模塊、占空比控制模塊、逆變器、電流傳感器、單相開路故障的五相永磁同步電機、編碼器、基本電壓矢量作用時間計算模塊和電流預(yù)測模塊；

轉(zhuǎn)速參考值和經(jīng)編碼器反饋得到的實際轉(zhuǎn)速相比較，其轉(zhuǎn)速差值輸入至轉(zhuǎn)速PI控制器；轉(zhuǎn)速PI控制器輸出基波空間交軸電流參考值，并輸入給電流重構(gòu)模塊，重構(gòu)后的相電流經(jīng)過拓展Clark變換得到基波空間兩相靜止電流參考值；電流重構(gòu)模塊的輸出和電流預(yù)測模塊的輸出(其輸入為基本電壓矢量作用時間計算模塊和電流傳感器二者的輸出)同時輸送至價值函數(shù)優(yōu)化模塊；價值函數(shù)優(yōu)化模塊輸出最優(yōu)基本電壓矢量及其作用時間至占空比控制模塊；占空比控制模塊輸出占空比信號至逆變器；逆變器輸出最優(yōu)電壓至單相開路故障下的五相永磁同步電機；電流傳感器采集到的四相電流輸送給基本電壓矢量作用時間計算模塊；基本電壓矢量作用時間計算模塊和電流傳感器二者的輸出送至電流預(yù)測模塊。

一種五相永磁同步電機開路故障下的容錯控制方法，包括以下步驟：

步驟一：當(dāng)單相繞組發(fā)生開路故障后，轉(zhuǎn)速控制器獲得基波空間中的交軸電流參考值，電流重構(gòu)模塊將重構(gòu)后的相電流通過拓展Clark變換，得到基波空間兩相靜止電流參考值；

計算基波空間交軸電流參考值i_q1^*：檢測電機實際轉(zhuǎn)速n，將轉(zhuǎn)速參考值n^*與實際轉(zhuǎn)速n的差值e_n輸入轉(zhuǎn)速PI控制器，根據(jù)公式(1)獲得基波空間交軸電流參考值i_q1^*；

其中，K_P和K_I分別為轉(zhuǎn)速PI控制器的比例增益和積分增益；

計算重構(gòu)相電流i_B’、i_C’、i_D’和i_E’：采集實時轉(zhuǎn)子位置θ_r，為能夠保證五相永磁同步電機發(fā)生單相開路故障后合成磁動勢不變，將基波空間中的交、直軸電流參考i_q1^*和i_d1^*根據(jù)公式(2)進行電流重構(gòu)；