[发明专利]采用无差拍电流跟踪的五相永磁电机短路容错控制方法

说明书

本发明公开了一种采用无差拍电流跟踪的正弦或梯形反电势五相永磁电机短路容错控制方法。该方法充分利用了故障状态下的五相永磁电机的三次谐波空间，提出了针对正弦反电势和梯形反电势的五相永磁电机在单相短路故障情况下的容错控制策略，使得五相永磁电机在容错运行时也能够充分利用其三次谐波空间。本发明提高了电机故障状态下输出转矩的性能，提升了电机的容错运行效率，使得电机能够拥有更好的容错性能以及动态响应；拓宽了电机容错运行时的调速范围，使其能更好的适用于电动汽车等需要高可靠性和宽调速范围的应用领域；与传统容错算法中使用的电流滞环调制方法相比，降低了逆变器的开关损耗。

技术领域

本发明涉及多相电机容错控制技术领域，特别涉及一种五相永磁电机的单相短路容错控制方法。该方法适用于航空航天、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

五相永磁电机因为其高转矩密度、高效率以及高可靠性等特点，在电动汽车牵引、航天航空以及海上巡航系统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。因此，永磁电机的高可靠性的容错控制方法受到了广泛的关注。

对于五相永磁电机来说，除了人为的在气隙磁场中注入三次谐波分量，永磁体的加工设计误差、充磁不理想等都会使气隙中存在一定的三次谐波成分。对于含有三次谐波磁场的五相永磁电机，通过注入特定比例的三次谐波电流，可以有效降低气隙磁密的峰值，提高铁心材料的利用率和电机的输出转矩。

近年来，国内外学者对于无差拍模型预测控制和多相电机的短路容错控制都进行了深入的研究，并取得了丰富的成果。

目前常用的一种无差拍模型预测电流控制能够实现信号的跟踪，但是这种方法的现有研究主要都集中在电机正常运行状态下的应用，未能实现电机故障短路状态下的无差拍模型预测电流控制。

多相电机的短路容错控制算法的研究主要都集中在如何获得电机故障状态下的最优容错电流。现有的容错电流计算方法主要包括了分析了短路电流的模型以及三次谐波反电动势对补救绕组短路的影响，使用一种在线最佳电流参考产生技术；使用成本函数，固定框架控制策略，以在相短路条件下实现最佳电流控制；也有以消除短路电流的影响，使短路故障下的模型等效于开路故障。然而这些方法都没有充分利用五相电机的三次谐波空间，且这些短路容错控制策略大多依赖电机反电势的实际值，会给容错控制带来误差。

发明内容

针对传统短路容错控制没有充分利用五相电机的三次谐波空间、依赖电机实际反电势、以及现有无差拍模型预测电流控制未能实现带故障运行的现状，本发明提出了一种采用无差拍电流跟踪的正弦或梯形反电势五相永磁电机短路容错控制方法。

为达到技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用无差拍电流跟踪的正弦或梯形反电势五相永磁电机短路容错控制方法，包括如下步骤：

步骤1，检测五相永磁电机转速，作为电机的反馈转速ω_m，将给定转速ω^*与反馈转速ω_m相比较得到电机的转速误差e_r，采用PI控制器根据转速误差e_r计算得到五相永磁电机的q轴电流，PI控制器的输出量为给定的q轴电流i_q；

步骤2，对短路电流进行补偿，将短路故障等效成开路故障分析处理；

步骤3，重构单相短路情况下的基波空间和三次谐波空间的降阶矩阵；

步骤4，忽略磁阻转矩，利用降阶矩阵得到故障下的基波空间和三次谐波空间中电机的转矩表达式；

步骤5，针对正弦反电势和梯形反电势，构建了由短路相电流和短路相反电势相互作用而产生的额外转矩脉动表达式；