[发明专利]一种基于多矢量模型预测的五相永磁同步电机相间短路容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于多矢量模型预测的五相永磁同步电机相间短路容错控制方法。该方法包括如下步骤：检测电机反馈转速ω_m，通过与给定转速ω^*的误差得到i_qref，设置i_dref为0；计算补偿电压u_α'，u_β'和补偿电流i_α'，i_β'；采样各相电流i_A，i_B，i_C，i_D，i_E和短路电流，结合补偿电流i_α'，i_β'和变换矩阵得到反馈d‑q轴电流i_d(k)，i_q(k)；利用无差拍算法计算出参考电压值，结合补偿电压u_α',u_β'以及反电势补偿得到α‑β轴电压参考值u_αref，u_βref；推导基于电压误差的价值函数；根据价值函数的最短距离原则选出最优电压矢量组合；选取最优电压矢量组合其对应的的开关状态输入到PWM模块，将得到的开关信号输入到逆变器中控制电机，实现五相永磁同步电机的相间短路容错控制。

技术领域

本发明涉及多相电机容错控制技术领域，通过注入补偿电压和电流实现五相永磁电机相间短路故障下容错控制，还涉及一种新颖的多矢量模型预测控制。适用于航空航天、电动汽车、舰船推进系统等对电机的可靠性有较高要求的场合。

背景技术

永磁同步电机因为其高转矩密度、高效率以及高可靠性等特点，在电动汽车、航空航天以及海上巡航系统等领域应用越来越广泛。同时，对于飞行器、电动汽车等一些可靠性要求较高的场合，稳定可靠的电机驱动系统尤为重要。三相永磁同步电机在一些特殊的场合，存在着可靠性不足的缺点。而多相永磁电机凭借着其低转矩脉动和高容错性能，正是电机领域的研究热点。现有的容错方法主要集中在开路故障状态下，对短路故障的容错分析相对较少。与开路故障相比，由于永磁体的存在，五相永磁同步电机短路故障后，电机相电流短时间内急剧升高，电机转矩脉动提升，对系统危害性更大。现有短路容错主要关注电机的匝间短路和单相或对两相对中心短路，尚未有针对电机相间短路故障的容错控制。

近年来，国内外学者对于模型预测控制进行了深入的研究，并取得了丰富的成果。模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)具有动态响应快、控制简单灵活、便于处理非线性约束等特点，相比于直接转矩，MPC在矢量选择上更加准确有效，通过对电机状态进行预测，将预测值代入价值评价函数来选择最优电压矢量；与矢量控制相比，MPC无需电流环参数整定，可以获得更好的动态响特性。由于单个矢量的模型预测控制误差较大，会使电流中包含较多的谐波电流，多矢量的模型预测控制则成为研究热点。目前多矢量的模型预测控制主要集中在电机正常运行状态下，对电机容错状态下的研究较少。

发明内容

针对单矢量模型预测容错控制的精度不高以及使得电机在相间短路故障下能够容错运行，本发明提出了一种基于多矢量模型预测的五相永磁同步电机相间短路容错控制方法。

为达到技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于多矢量模型预测的五相永磁同步电机相间短路容错控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将检测到的五相永磁同步电机的反馈转速ω_m与将给定转速ω*相比较，得到电机的转速误差，采用PI控制器根据转速误差计算得到五相永磁同步电机的q轴电流参考值i_qref；i_d为d轴电流，由于采用i_d＝0控制，五相永磁同步电机的d轴电流参考值i_dref设为0；