[发明专利]基于容错矢量控制的五相永磁电机三次谐波电流注入方法

说明书

本发明公开了一种基于容错矢量控制的五相永磁电机三次谐波电流注入方法，包括如下步骤：建立五相永磁电机各类开路故障下的基波解耦模型，推导出相应的基波容错电流，根据磁共能法，建立基波容错电流下的转矩数学模型。根据建立的转矩模型，推导出各类开路故障下注入三次谐波电流的表达式。根据叠加原理，将基波电流与三次谐波电流相加得到总的容错电流，利用对应的降阶克拉克和帕克变换得到旋转正交坐标系下的电流分量，从而实现故障下的磁场定向控制和容错矢量控制下的三次谐波电流注入。本发明实现了容错矢量控制下三次谐波电流的在线计算和固定开关频率下的注入，不仅可以抑制转矩脉动，提高系统鲁棒性，而且可以减少开关损耗和电磁干扰。

技术领域

本发明涉及多相电机容错控制技术领域，特别涉及一种基于容错矢量控制的五相永磁电机三次谐波电流注入方法。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

与传统三相电机相比，多相电机具有更高的控制自由度，因此具有更好的容错性能。在电动汽车、舰船推动、航空航天等需要高可靠性运行的领域，得到了越来越多的关注和研究。

近年来，国内外的高校和科研机构对五相永磁电机的容错控制策略也进行了深入的研究，并取得了一定的成果。一些文献在保证基波磁动势和反电势不变的基础上，推导出了开路故障下的容错电流表达式；基于故障后电机的数学模型，推导出开路故障下的解耦模型，实现开路故障下的容错矢量控制。上述两类容错控制策略，都只适用于反电势正弦的五相永磁电机，对于反电势含有高次谐波的五相永磁电机无法实现故障下的无脉动运行。针对反电势含有高次谐波的五相永磁电机，一些文献也提出了在自然坐标系下从瞬时功率不变出发，结合拉格朗日乘数法等非线性优化工具，来求解含有三次谐波电流的容错电流方法。该方法可以实现反电势含高次谐波分量的五相永磁电机开路故障下的无脉动运行，但是该类方法的计算过程过于复杂，无法实现容错电流的在线计算。

传统容错控制策略中，多采用电流滞环控制器来实现高次谐波电流的注入。电流滞环控制器的开关频率不固定，这会增加开关损耗也会带来一些电磁干扰。

发明内容

针对传统容错控制无法实现注入三次谐波电流的在线计算和无法实现固定开关频率下三次谐波电流的注入，本发明提出了一种基于容错矢量控制的五相永磁电机三次谐波电流注入方法。

为达到技术目的，本发明采用如下技术方案：

基于容错矢量控制的五相永磁电机三次谐波电流注入方法，包括如下步骤：

步骤1：根据故障前后基波磁动势之和不变以及故障后的α-β轴磁动势仍然可以形成磁链圆两个原则，来推导五相永磁电机在单相开路故障，相邻两相开路故障和不相邻两相开路故障下对应的基波降阶克拉克和帕克变换。

单相开路时：以A相发生开路故障为例。当A相发生开路故障时，推导得到的基波降阶克拉克变换为：

其中，为A相开路故障下的基波降阶克拉克变换矩阵；δ为相邻两相之间的夹角，δ＝2π/5；x为修正系数，x＝-1。

单相开路故障下的基波降阶帕克变换为：

其中，代表单相开路故障下的基波降阶帕克变换矩阵；θ_e为电机的电角度。

相邻两相开路：以A、B两相发生开路故障为例。当A、B两相发生开路故障时，推导得到的基波降阶克拉克变换为：

其中，为A、B开路故障下的基波降阶克拉克变换。

不相邻两相开路：以A、C两相开路为例。当A、C两相发生开路故障时，推导得到的基波降阶克拉克变换为：