[发明专利]多相永磁容错电机解耦控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多相永磁容错电机解耦控制方法。

背景技术

在一些对系统可靠性要求很高的电力作动领域，如：新一代飞机的舵面操纵、燃油、刹车、环境控制等与飞行安全和飞行性能紧密相关的电力操纵和电力传动系统；核电站的冷却水泵系统；舰船驱动系统；电力车辆的驱动系统；卫星天线的驱动系统等，它们共同的特点就是对系统可靠性和容错能力要求非常高，驱动电机的容错结构设计及容错电机转矩的高性能控制方法是其关键技术之一。

目前，国内外在此方面研究虽然不少，但目前尚没有能够对永磁容错电机进行有效的解耦控制方法。对电机的容错结构设计，多采用多相或多套绕组方案，与本发明研究的电机绕组结构有很大不同。对于本发明研究的永磁容错电机的本体结构设计，国外进行了研究并公开了原理样机，但没有涉及到这种结构电机的解耦控制方法。

发明内容

本发明提供一种多相永磁容错电机解耦控制方法，通过空间矢量变换，确定定子磁链与转子位置角θ解耦的变换矩阵，以实现对多相永磁容错电机磁链的解耦控制，获得高品质的调速性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种多相永磁容错电机解耦控制方法，其特点是包括以下步骤：

(a)创建永磁容错电机在多相静止坐标系下的数学模型，推导出多相静止坐标系到二相旋转坐标系的变换矩阵；

(b)在二相旋转坐标系下，控制定子电流的直轴分量i_d＝0，独立控制定子电流的交轴分量i_q对电磁转矩T_d进行控制，实现多相永磁容错电机电流、磁链、转矩的解耦控制。

本发明的有益效果是：由于通过空间矢量变换，确定了定子磁链与转子位置角θ解耦的变换矩阵，实现了对多相永磁容错电机磁链的解耦控制，这种控制方法对永磁容错电机具有超调小、控制精度高、响应速度快的特点，且在负载波动时，电磁转矩可在1S～2S内达到稳定状态，电机表现出良好的动、静态性能。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明多相永磁容错电机解耦控制方法实施例六相八极永磁容错电机拓扑结构图。

图2是本发明多相永磁容错电机解耦控制方法中六相定子绕组电流、磁势矢量图。

图3是本发明多相永磁容错电机解耦控制方法中六相静止坐标系与两相静止坐标系对比图。

图4是本发明多相永磁容错电机解耦控制方法中两相静止坐标系与两相旋转坐标系对比图。

具体实施方式

本发明以六相8极永磁容错电机为例进行说明，六相10极、五相8极、四相4极等结构永磁容错电机的实施方法与步骤与本实施例相同。

参照图1，具有容错能力的多相永磁同步电机转子镶嵌稀土永磁磁钢，可采用径向或切向结构。定子结构是每相绕组绕在一个电枢齿上，每槽只有一相绕组，没有绕组的电枢齿作为磁通回路起着相间热隔离和电隔离的作用。这种结构的电机绕组端部由于不交叠而产生物理隔离，从而避免了相间短路这种严重故障。当一相绕组发生短路故障时，短路电流产生的热量会对磁钢和其它相绕组产生不利影响，而没有绕组的电枢齿对其产生的瞬间热量有隔离作用，良好的电机外壳冷却设计也会帮助散热。绕组设计为高电抗用于限制短路电流，磁钢采用钐钴稀土永磁材料以抵抗温度对磁钢性能的影响。另外，当检测到电机绕组故障时，驱动控制会切掉故障相，由正常相承担负载，通过控制来补偿故障影响。这样，短路相绕组产生的热量对正常相绕组的影响将会很小。对永磁容错电机在故障情况下的电磁场有限元分析表明，短路相绕组几乎不改变相邻相的磁通量，因此称这种结构的电机为永磁容错电机。

1、建立静止坐标系中六相永磁容错电机数学模型。

参照图2，

(1)电压方程U_6S＝R_6S·I_6S+Pψ_6S            (1)

(2)磁链方程ψ_6S＝L_6S·I_6S+ψ_f·F_6S(θ)    (2)

式中，U_6S、R_6S、ψ_6S、L_6S、I_6S、F_6S(θ)分别为定子绕组电压、电阻、磁链、电感、电流、转子磁势矩阵；θ为空间电角度；ψ_f为转子永磁体磁链；P为微分算子。