[发明专利]一种五相永磁同步电机容错直接转矩控制方法

说明书

本发明公开了一种五相永磁同步电机容错直接转矩控制方法，首先建立故障状态下的电机数学模型，通过修正的磁链方程和转矩方程计算电机的定子磁链ψ_s和转矩T_e的估测值，将其与给定的定子磁链ψ_s^*和转矩T_e^*作差，结合定子磁链矢量所在扇区，根据控制要求选取容错开关表内相应的空间电压矢量实现对电机转矩和定子磁链的直接控制。再将容错开关表应用于无故障情况下的五相永磁同步电机，得到与无故障电机使用传统开关表时相同的动态和稳态性能。本发明保证电机在使用同一开关表的条件下，单相开路故障前后电机输出转矩和动态性能保持一致，且能有效抑制电机转矩脉动，大大简化了开关表的设计。

技术领域

本发明涉及一种电机开路故障容错直接转矩控制方法，特别是五相永磁同步电机的容错直接转矩控制方法。适用于航空航天、电动汽车等对电机的可靠性有较高要求的场合。

背景技术

电机驱动系统发生故障后，电机非对称运行，输出转矩出现明显脉动，噪声明显增加，系统整体性能恶化，甚至无法工作，严重危害生产安全，因此电机系统故障时的容错能力非常重要。

直接转矩控制(DTC)技术是一种结构简单、参数依赖少、转矩响应快的控制方式。现有DTC策略无法抑制电机系统故障对电机输出转矩性能的影响，极大地降低了五相永磁同步电机DTC系统的性能。因此，既能发挥DTC优良的转矩性能，又能提高系统可靠性的容错策略，成为高可靠性领域研究热点之一。

目前，对于永磁同步电机的容错直接转矩控制策略研究多集中于开路故障，在IEEE上发表的《五相感应电动机单相开路容错直接转矩控制技术》(Open phase fault-tolerant direct torque control technique for five-phase induction motordrives)提出了基于虚拟空间电压矢量表的容错直接转矩控制策略，但电机单相开路故障后可选择的虚拟空间电压矢量减少，导致电机的磁链脉动增大，且输出转矩大于正常运行情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种五相永磁同步电机容错直接转矩控制方法，用以解决五相永磁同步电机在单相开路故障时转矩脉动大且动态性能差的问题。

本发明提出了一种基于虚拟空间电压矢量的容错开关表，使电机在正常和单相开路故障下均可正常运行，保障了电机系统的容错性和可靠性。本发明采用的技术方案是：当五相永磁同步电机发生单相开路故障时，选用合适的虚拟空间电压矢量组成容错开关表，使电机带故障运行，同时容错开关表中的虚拟空间电压矢量也能控制五相永磁同步电机无故障运行。本发明使电机在单相开路故障下仍保持良好的输出转矩和动态响应性能的条件下，无需重复进行扇区的判断和虚拟空间矢量的选择。

一种五相永磁同步电机容错直接转矩控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立五相永磁同步电机单相开路下的数学模型，得到电机的磁链方程和转矩方程；

步骤2，通过修正后的磁链方程和转矩方程，计算定子磁链ψ_s和转矩T_e的实时估测值，将给定转矩T_e^*与估测转矩T_e作差得到ΔT_e，将给定磁链ψ_s^*与估测磁链ψ_s作差得到Δψ_s，通过滞环控制器得到相应符号函数；

步骤3，将αβ平面和z₁z₂平面分别划分成十个扇区，以相邻两个大矢量的中心线为分界线，36°划为一扇区，并对扇区进行标号，定子磁链矢量ψ_s在αβ平面，三次谐波电流误差Δi_z在z₁z₂平面，每个扇区对应相应的空间电压矢量；