[发明专利]一种双三相永磁同步电机缺相故障容错控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种双三相永磁同步电机缺相故障容错控制方法和系统，电机控制技术领域。对于单相开路后的双三相永磁同步电机，将剩余五相电流分解到转矩平面和谐波平面，对于转矩平面电流的控制采用引入扩张状态观测器的无差拍电流预测控制器来替代传统PI控制器，再通过SPWM调制方法输出电压实现对双三相永磁同步电机的容错控制。本发明将ESO观测器应用在双三相永磁同步电机缺相故障工况下，对于其他控制策略难以处理的复杂交叉耦合项可以巧妙地避免，在ESO中，这些耦合项均被视为系统总扰动地一部分进行观测，随后在电压预测方程中进行补偿，和传统容错控制相比大大简化计算量和算法复杂度。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，更具体地，涉及一种双三相永磁同步电机缺相故障容错控制方法和系统。

背景技术

近些年来，大功率化以及高可靠性化成为交流电机变频传动系统未来的主要发展方向之一，而其中较为热门的提高交流变频调速功率和可靠性的方案就是采用多相电机。其中最常用的是两套绕组相差30°电角度的双三相永磁同步电机结构，对于这类电机电流环控制策略无论是正常工况还是故障工况下大多还是采用传统的PI控制策略，而PI控制除了本身固有的无法兼顾系统的快速响应性和稳态精度的问题之外，同样在处理缺相故障数学模型中复杂的交叉耦合项时，也体现出控制性能较差的缺点。无差拍电流预测控制作为近年来较为热门的预测控制算法，具有算法简单动态响应强的特点，但同时具有受系统控制延时影响较大和对模型依赖性强以及抗扰能力弱的缺点，因此需要对传统的无差拍控制算法进行改进。

同时将无差拍电流预测控制应用在双三相电机容错控制时，由于数学模型的复杂性和耦合性限制了其控制性能，因此需要对于缺相故障下无差拍电流预测控制算法进行简化和改进。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种双三相永磁同步电机缺相故障容错控制方法和系统，其目的在于解决多相电机容错控制算法复杂的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种双三相永磁同步电机缺相故障容错控制方法，其中对于转矩平面电流的控制包括以下步骤：

S1.对转矩平面数学模型考虑模型扰动和外部扰动，建立包含扰动项的简化数学模型；

S2.将考虑扰动的数学模型中的dq轴电流以及对应轴的扰动量作为系统状态变量分别设计扩张状态观测器ESO，并将扩张状态观测器ESO进行离散化，利用kT时刻电流值和施加电压，得到(k+1)T时刻的电流预测值和对应轴扰动量；

S3.将(k+1)T时刻的电流预测值和扰动量代入无差拍电流预测控制方程，得到(k+1)T周期内应该施加的电压值，并通过坐标逆变换得到对应施加的相电压值；

S4.利用SPWM对每相电压进行调制，并输出相应脉冲作用信号对逆变器进行控制。

进一步地，步骤S1中建立所述转矩平面数学模型基于以下假设：

双三相永磁同步电机的磁路特性为线性，没有磁滞、磁路饱和的现象；

两套绕组相移30°，忽略绕组之间的互漏感；

转子上没有加入阻尼绕组；

定子电流和转子永磁体产生的气隙磁链都做直线分布；

UVW超前ABC绕组30°电角度，基于断相前后定子磁动势不变的原则建立简化的数学模型为：