[发明专利]一种混合励磁轴向磁场磁通切换电机容错控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电气传动技术领域，涉及一种容错控制，特别是涉及一种电动汽车用混合励磁轴向磁场磁通切换电机容错控制方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染的日益加重，电动汽车成为未来汽车可持续发展的必然趋势。目前，电动汽车采用的电机主要有三相异步电机、开关磁阻电机和永磁同步电机，其中永磁同步电机由于体积小、功率密度高、效率高、功率因数高等优点使它具有更高的应用优势，但永磁电机气隙磁场难以调节的缺点也给应用带来了局限性。基于以上原因，混合励磁电机应运而生，它结合了永磁同步电机和电励磁同步电机的优点而又克服了它们各自的缺点，功率因数高、调速范围宽。这种电机具有两种励磁源，即永磁励磁和电励磁，二者在电机气隙中相互作用合成产生气隙磁场。当电励磁线圈通入正向励磁电流时，会产生和永磁磁通方向相同的磁通，增大了气隙磁场，实现增磁运行，为电动汽车起动或爬坡提供大转矩；反之，当电励磁线圈通入反向励磁电流时，产生和永磁磁通方向相反的磁通，削弱了气隙磁场，大大拓宽了电机恒功率运行范围，满足电动汽车高速巡航的要求。混合励磁轴向磁场磁通切换(Hybrid excited axial field flux-switching magnet，HEAFFSM)是一种新型的定子永磁型混合励磁磁通切换电机，它将混合励磁磁通切换理念和轴向磁场电机有效地结合起来，如图1所示。HEAFFSM结合了磁通切换电机和混合励磁电机的优点，一方面具有结构简单、体积小、控制灵活等优点；一方面具有高效率、高功率密度等优点。此外，由于该电机永磁体位于定子并具有独特的聚磁效应，因此可以用相对较少的永磁材料获得较高的气隙磁密，转子既无绕组也无永磁体，结构简单，轴向长度短，所以非常适合用作电动汽车轮毂电机。

电动汽车运行坏境恶劣，功率变换器是轴向磁场磁通切换永磁电机驱动中最容易发生故障的薄弱环节。控制器逆变桥最容易发生单相断路故障，目前，对于轴向磁场磁通切换永磁电机驱动系统容错控制研究较少，未见相相关文献与报道，由于其应用场合的特殊性，安全性与可靠性问题尤为重要，容错控制成为研究重点，容错控制的实现包括故障检测、识别与隔离三个步骤。故障检测与识别系统成为故障诊断，是容错控制的基础和关键。功率半导体器件及其控制驱动电路时电机系统中最容易发生故障的薄弱环节。其中功率变换器故障占整个驱动系统故障的82.5％。功率变换器通常由功率管开路或短路引起，故障后电机工作性能下降，甚至丧失工作能力。

发明内容

技术问题：本发明针对现有技术之不足，在分析混合励磁轴向磁场磁通切换电机的基础上，提出了一种能够准确检测电机功率变换器故障状态，使电机运行在容错状态，大大提高电动汽车在功率变换器故障状态下安全性能的混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法。

技术方案：本发明的混合励磁轴向磁场磁通切换电机容错控制方法，包括以下步骤：

(1)从电机主电路采集相电流i_a、i_b和励磁电流i_f，对电机进行初始位置检测，从电机编码器上采集信号，送入控制器进行处理，得出转速n和转子位置角θ；

(2)将采集的相电流i_a、i_b经跟随、滤波、偏置和A/D转换，然后进行帕克变换，得到两相旋转坐标系下定子的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

(3)将给定转速n^*减去编码器实测转速n，得到的转速偏差△n输入速度调节器，经比例积分运算后得到转矩参考值将转矩参考值母线电压U_dc、定子d轴电流i_d、定子q轴电流i_q、实测转速n和给定转速n^*输入电流分配器，根据电流判断故障状态，当混合励磁轴向磁场磁通切换电机状态正常时，进入步骤(4)，当混合励磁轴向磁场磁通切换电机发生故障时，进入步骤(5)；

(4)采用i_d＝0控制策略，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：

其中，i_dref为d轴电流参考值，i_qref为q轴电流参考值；ψ_m为永磁体磁链，p为电机极对数，T_eref为电磁转矩参考值；

(5)采用励磁电流进行容错控制，继续保持i_d＝0，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：