[发明专利]基于铜耗最小的轴向磁场磁通切换容错电机容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于铜耗最小的轴向磁场磁通切换容错电机容错控制方法，使轴向磁场磁通切换容错电机发生单相断路故障时能够运行在容错状态，并使电机的铜耗最小化。逆变器采用三相四桥臂容错拓扑，根据相电流判断故障状态。当正常运行时，逆变器工作在三相三桥臂模式下，轴向磁场磁通切换容错电机控制系统采用i_d＝0的SVPWM控制策略，分配d轴、q轴电流；当发生单相故障时，进行容错控制，逆变器工作在两相三桥臂模式下，并通过控制容错绕组电流给电机增磁，使电机整体的铜耗最小化。本发明在单相断路情况下，以铜耗最小为优化目标，使电机从故障状态切换至容错控制状态，有效提高了电机驱动系统的可靠性和容错状态下电机的运行效率。

技术领域

本发明属于电气传动技术领域，涉及一种容错控制方法，特别是涉及一种基于铜耗最小的轴向磁场磁通切换容错电机容错控制方法。

背景技术

电机的容错控制技术在航天、交通以及军工等领域都有重要的应用，在故障状态下电机的可持续运行，能够有效提高整个系统的可靠性和安全性，近年来，很多国内外的专家和学者都致力于容错电机的研究。

轴向磁场磁通切换容错电机(Axial filed flux-switching fault tolerantmachine，AFFSFTM)是一种新型的定子永磁型磁通切换电机，它将磁通切换理念和轴向磁场电机有效地结合起来，并使用E形导磁铁芯代替原有的U形导磁铁芯，结构如图1所示。所以AFFSFT电机结合了永磁同步电机和磁通切换电机特点，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。该电机E形导磁铁芯的中间齿上绕有励磁绕组，使电机在正常运行时能够使用弱磁调速；而当电机发生故障，启用容错控制时，励磁绕组又能够作为容错绕组对系统进行辅助容错。此外，AFFSFT电机三相绕组之间的互感相较于自感很小，有效减小了相间耦合，因此，当电机发生单相故障时，故障相对非故障相的影响较小，这样的结构使AFFSFT电机具有很好的容错性能。

在电机的运行过程中，单相故障一般分为4种：单相功率管断路，单相功率管短路，单相绕组断路，单相绕组短路。其中控制系统逆变桥最容易发生的是单相功率管断路故障，而电相绕组故障中，也以断路故障的危害最大。由于轴向磁场磁通切换容错电机是一种新型的容错电机，对于其容错控制，未见相相关文献与报道，但由于该电机的各种优点，能够胜任航天、交通、军工等多种场合，安全性与可靠性问题尤为重要，因此其容错控制方法的研究非常有必要。

发明内容

技术问题：本发明提供一种适用于轴向磁场磁通切换容错电机，以电机整体的铜耗最小化为目标控制容错绕组的电流，使电机运行在容错状态时非故障相电流得到优化，并大大提高了电能的利用率的基于铜耗最小的轴向磁场磁通切换容错电机容错控制方法。

技术方案：本发明的基于铜耗最小的轴向磁场磁通切换容错电机容错控制方法，包括以下步骤：

(1)从电机主电路采集三相电流i_a、i_b、i_c，中线电流i_N，以及容错绕组电流i_f，逆变器母线电压U_dc，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)将所述步骤(1)采集到的电压、电流信号，经过跟随、滤波、偏置和A/D转换送入控制器，然后对所述三相电流i_a、i_b、i_c进行坐标变换，得到两相旋转坐标系下的定子d轴电流i_d和定子q轴电流i_q；