[发明专利]一种六相永磁电机的容错双矢量预测控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种六相永磁电机的容错双矢量预测控制方法及装置，包括：获取六相电机的转子位置、转速及相电流；根据转子位置、转速、转子上的永磁体磁链及故障相轴线位置求得故障相反电势，并考虑故障相反电势建立电机变频器模型；根据故障相所在位置建立降阶电机数学模型；建立故障后的六相电机的开关表，得到各开关矢量对应的相电压，带入降阶电机数学模型，确定各开关矢量作用一个采样周期后的相电流预测值；评估各开关矢量对应的相电流预测值与相电流指令值之间的误差，选取产生最小误差的开关矢量作为最优开关矢量；将最优开关矢量与零矢量在采样周期内进行调制，确定最优开关矢量的占空比。本发明可有效抑制故障电机的电流谐波。

技术领域

本发明属于机电技术领域，更具体地，涉及一种六相永磁电机的容错双矢量预测控制方法及装置。

背景技术

目前，多相电机在大功率、高可靠性场合中得到了广泛的应用。多相电机的高自由度使缺相后的容错控制得以实现。研究人员提出了众多容错控制方法，如谐振控制、比例积分控制、直接转矩控制以及模型预测控制等，而模型预测控制相比其他控制方式具有高响应速度、无需调整参数的突出优点。模型预测控制通过建立电机与逆变器的数学模型，实现在不同电压矢量作用下对电机状态的预测，再将所有预测结果导入代价函数进行评估，从而选择出最优矢量。但是传统的容错预测控制在每个采样周期内只选取一个作用矢量，与矢量控制相比存在同采样频率下开关频率较低和电流谐波含量较大的问题；此外能选取的作用矢量数目有限，与目标矢量之间的差距总是存在；要提高电流质量只有通过提升采样频率来实现，极大地增加了计算量。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决传统六相永磁电机的容错预测控制方法在每个采样周期内只选取一个作用矢量，存在同采样频率下开关频率较低和电流谐波含量较大的问题；此外能选取的作用矢量数目有限，与目标矢量之间的差距总是存在；要提高电流质量只有通过提升采样频率来实现，极大地增加了计算量的技术问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种六相永磁电机的容错双矢量预测控制方法，包括以下步骤：

在每个采样周期获取六相电机的转子位置、转速及相电流，所述六相电机中有一相回路发生开路故障；根据转子位置、转速、转子上的永磁体磁链及故障相轴线位置求得故障相反电势，并在考虑故障相反电势的基础上建立将六相电机的开关状态转换为相电压的电机变频器模型，所述故障相反电势用于补偿故障后电机的不对称拓扑所带来的绕组中性点电压偏移量；根据故障相所在位置建立对应的降阶电感矩阵，从而根据所述降阶电感矩阵构建关于相电压与相电流变化率的降阶电机数学模型；建立故障后的六相电机的开关表，将故障后的六相电机的开关表中的各开关矢量带入所述电机变频器模型中，得到各开关矢量对应的相电压；将各开关矢量对应的相电压与当前采样周期得到的相电流一同带入所述降阶电机数学模型，确定各开关矢量作用一个采样周期后的相电流预测值；构建代价函数，评估各开关矢量对应的相电流预测值与相电流指令值之间的误差，选取产生最小误差的开关矢量作为最优开关矢量；将最优开关矢量与零矢量在采样周期内进行调制，使得根据调制后的矢量预测得到的相电流最接近相电流指令值，根据调制后的矢量确定最优开关矢量的占空比，并根据所述占空比对最优开关矢量调制后输出到六相电机变频器中进行电机驱动，所述零矢量为每相开关状态都为0的开关矢量。

本发明通过将零矢量与传统容错预测控制中的最优矢量进行调制，同采样频率下提升了开关频率；此外这种双矢量调制算法增加了变频器输出的范围，与单矢量相比能更接近目标矢量；在计算量几乎没有提升的情况下减小了电流谐波含量。

可选地，故障相反电势e_i为：e_i＝-ω_eψ_fsin(θ+α_i)；

其中，ω_e为转子电角速度，ψ_f为永磁体磁链，θ为转子电角度位置，α_i为故障相轴线位置，设下标i表示电机故障相。