[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

摘要

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id＝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。

主权项

1.一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，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)从电机主电路采集三相电流ia、ib、ic，中线电流iN，以及容错绕组电流if，逆变器母线电压Udc，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ia、ib、ic进行坐标变换，得到两相旋转坐标系下的定子d轴电流id和定子q轴电流iq；(3)用给定转速n^*减去编码器实测转速n，得到的转速偏差△n输入转速调节器，经比例积分计算后得到电流转矩分量参考值用所述减去步骤(2)中坐标变换得到的定子q轴电流i_q得到偏差值△i_q，用电流励磁分量参考值减去步骤(2)中坐标变换得到的定子d轴电流i_d得到偏差值△i_d，将所述△i_d与△i_q输入相应的电流调节器，输出值经过前馈解耦环节和Park反变换得到转子α轴电压U_α和转子β轴电压U_β，并送入SVPWM发生器进行处理；(4)根据三相电流判断故障状态，当检测到轴向磁场磁通切换容错电机运行状态正常时，进入步骤(5)，当检测到轴向磁场磁通切换容错电机发生单相故障时，进入步骤(6)；(5)采用i_d＝0的控制策略，即将步骤(3)中的电流励磁分量参考值设为零，逆变器工作在三相三桥臂模式下，SVPWM发生器确定相电压矢量U_AN,U_BN,进入步骤(9)；(6)电机容错控制依旧采用id＝0的控制策略，逆变器工作在两相三桥臂模式下，SVPWM发生器通过算法切换，使故障相电压矢量由中线N相电压矢量代替，使逆变器运行在两相三桥臂模式下，此时中线N相电压矢量UNN恒等于0，非故障相电压矢量UxN,UyN∈{‑Udc,0,Udc}；(7)容错绕组给电机增磁，确定容错绕组电流参考值其取值满足：其中，R_f为容错绕组电阻，I_s为电枢绕组电流有效值，为相永磁磁链幅值初始值，R_s为相绕组电阻，ψ_pm(i_f)为电机增磁过程中相永磁磁链幅值随电流i_f的变化函数关系；(8)用容错绕组电流参考值减去所述步骤(1)中采集到的容错绕组电流i_f，得到电流偏差值△i_f，将所述△i_f输入脉冲宽度调制模块，运算输出4路脉冲宽度调制信号，驱动控制容错绕组电流的H桥逆变器并进入步骤(9)；(9)SVPWM发生器根据判断输入量Uα和Uβ所在的扇区，计算出所述步骤(5)或步骤(6)中所得相电压矢量的作用时间，运算输出8路脉冲宽度调制信号，驱动三相四桥臂逆变器工作。