[发明专利]一种表贴式永磁同步电机断相容错控制方法

说明书

本发明涉及一种表贴式永磁同步电机断相故障容错控制方法。在断相故障的情况下，通过设计新型的参考坐标转换矩阵，可以将三相静止坐标系下的时变正弦型非故障相参考电流和中线电流参考转换为新型同步旋转坐标系下的两个直流量，这两个直流量与电机系统电流给定值相等。基于新型的坐标变换，电机断相故障后电机控制系统无需重新设计复杂的电流控制器，可直接应用故障前的电流PI控制器进行电机控制，从而实现表贴式永磁同步电机在断相故障下的容错控制。

技术领域

本发明涉及一种表贴式永磁同步电机断相容错控制方法，用于实现表贴式永磁同步电机断相后电机驱动系统的高性能安全稳定运行。

背景技术

永磁同步电机因其具有调速范围宽、动态响应好、可控性强、功率因数高等优点，被广泛应用于工业、军事、航空航天等领域。断相故障是永磁同步电机中一种常见的故障，它会降低电机性能并增加由于相电流不平衡而造成的损耗。为了避免上述不利因素，将断相容错驱动技术应用于断相电机，可减少电机断相后非故障相绕组的电流，抑制转矩脉动，保证电机驱动系统高性能安全稳定运行。研究发现，根据转子结构，永磁同步电机主要包括表贴式和内置式两种。表贴式永磁同步电机性能优越，其主要采用i_d＝0控制方法。i_d＝0控制方法可以简化基于四桥臂逆变器电机的分析与建模。考虑到i_d＝0控制方法在表贴式永磁同步电机中广泛应用，研究其断相容错控制方法具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对基于四桥臂拓扑的表贴式永磁同步电机断相故障问题，提出一种新型的参考坐标变换矩阵，该变换矩阵可以将三相静止坐标系下的时变正弦型非故障相参考电流和中线电流参考量转换为新型同步旋转坐标系下的两个直流量，这两个直流量与电机系统电流给定值相等。基于新型的坐标变换，电机系统断相故障后可以直接应用故障前的电流PI控制器，无需重新设计复杂的电流控制器，便可实现表贴式永磁同步电机在断相故障下的高性能容错控制。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种表贴式永磁同步电机断相容错控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、搭建断相容错控制系统。该系统包含七个模块：PI控制器模块1、坐标反变换模块2、PWM波生成模块3、四桥臂逆变器模块4、永磁同步电机模块5、故障诊断模块6、坐标变换模块7，通过这7个模块实现断相故障前后对电机的高性能控制。其中，故障诊断模块6负责检测永磁同步电机模块5的三相电流，并根据三相电流判断永磁同步电机模块5的健康状况，进而控制系统运行模式；坐标反变换模块7负责将三相电流转化为同步旋转坐标系下电流反馈值；PI控制模块1负责实现将同步旋转坐标系下的电流误差值(即电流参考值与电流反馈值之差)转化为电压参考值；坐标反变换模块2负责将同步旋转坐标系下的电压参考值转化为三相静止坐标系下的电压参考值；PWM波生成模块3根据三相电压参考值生成8路PWM波，并用于控制四桥臂逆变器模块4中的开关管，从而实现对永磁同步电机模块5的驱动控制；

步骤二、控制系统根据故障诊断模块6的输出的电机健康状况来切换运行模式：