[发明专利]一种基于解耦SVPWM的开绕组PMSM驱动系统容错控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相开绕组PMSM双逆变器驱动系统单桥臂开路后的容错控制，属于永磁同步电机的控制领域。

背景技术

近年来，双逆变器拓扑结构成功运用于航天、电动汽车等大功率驱动系统中，对于驱动系统，逆变器中的开关管故障在所有故障中占有很大部分，因此双逆变器拓扑结构的可靠性及稳定性关乎着整个驱动系统的可靠稳定，因而很有必要对双逆变器拓扑结构的容错控制进行研究。

已经有文献对基于双逆变器拓扑结构的PMSM驱动系统容错控制进行了研究，这些文献主要针对单管开路故障、单桥臂开路故障、缺相故障等的容错研究。当单开关管故障后，通过对开关管驱动信号的控制实现自身实时重构，进而在此基础上对控制算法进行改变，达到容错目的，但是此时双逆变器的最大有效电压矢量为正常时的一半，这会使得PMSM在额定电流运行条件下，最大速度达不到额定速度，不得不通过提高双逆变器直流侧电压等级来进行补偿因重构而降低的电压值。对于单桥臂开路故障，通过改变双逆变器的供电方式，即由双电源供电方式到单电源供电方式进行切换，实现电机的两相容错运行，但是这样会使得PMSM在额定电流运行下的输出转矩为额定转矩的倍，这样会降低PMSM的带载能力，降低电机效率。

正常运行工况下的三相开绕组PMSM驱动系统是基于整体SVPWM控制，通过基于a、b、c三相坐标系的SVPWM控制大大简化了整体的控制程序。对于容错后的SVPWM则基于90度坐标系，分区控制，整体上调制方法与传统的SVPWM控制趋于一致，但由于故障重构后的拓扑结构的特殊性，整个容错控制系统程序复杂。

对于三相开绕组PMSM驱动系统，出现单桥臂开路故障后，需保持PMSM的输出转矩能力，最大化提高容错后的转速输出能力，正常运行工况下基于a、b、c三相坐标系的SVPWM控制不能适用于故障侧逆变器的控制。由于故障重构后两个逆变器的电压有效矢量输出能力不对等，因此最大化利用双逆变器直流侧电压成为容错运行的重点。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明目的是提出一种基于解耦SVPWM的开绕组PMSM驱动系统容错控制方法，使得容错后的双逆变器驱动系统输出电压能力大、容错控制程序简化，同时也要兼顾双逆变器驱动系统最大化利用。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于解耦SVPWM的开绕组PMSM驱动系统容错控制方法，包括：

在双逆变器某一桥臂发生开路故障后，导通故障桥臂连接的电机相端点与直流侧滤波电容中点之间的双向晶闸管，实现拓扑结构的重构；

对重构后的拓扑结构基于解耦SVPWM进行容错控制，对故障侧逆变器基于90度坐标系进行SVPWM控制，对正常侧逆变器基于a、b、c三相坐标系进行SVPWM控制。

所述对重构后的拓扑结构基于解耦SVPWM进行控制的具体步骤包括：

(1)将PMSM输出的三相电流进行CLARK和PARK坐标变换，使三相静止坐标系转化为两相旋转坐标系，得到电流id和iq；

(2)给定转速与电机转速反馈经过转速环PI调节得到q轴参考电流；

(3)q轴参考电流与iq反馈经过q轴电流环PI调节得到q轴参考电压，0参考电流与id反馈进过d轴电流环PI调节得到d轴参考电压，将d轴电压和q轴电压经过Park逆变换得到参考电压v_ref；

(4)将v_ref按照两逆变器的电压输出能力比进行分配，得到故障侧逆变器参考电压v_ref1和正常侧逆变器参考电压v_ref2；

(5)根据v_ref1对故障侧逆变器基于90度坐标系进行SVPWM控制得到故障逆变器的开关信号，根据v_ref2对正常侧逆变器基于a、b、c三相坐标系进行SVPWM控制得到正常逆变器的开关信号。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：1)当双逆变器中某一桥臂发生开路故障后，通过对相应的双向可控晶闸管施加对应的导通信号，能够实现单桥臂开路故障拓扑重构。2)故障重构后的驱动系统的最大输出电压有效矢量为正常时的0.75倍。3)故障后的容错控制算法无需扇区判断，简单易行。4)故障后的容错控制程序可以实现双逆变器直流侧电压利用率最大化。

附图说明

图1是本发明方法中的双电源供电的开绕组三相PMSM驱动系统结构图；

图2是双电源供电的开绕组三相PMSM驱动系统电压矢量图；