[发明专利]一种应用于磁悬浮轴承的五桥臂容错控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种应用于磁悬浮轴承的五桥臂容错控制方法及系统，属于磁悬浮轴承电力电子容错控制领域，容错控制方法包括：在正常工作模式下，将4个绕组上的电流指令值通过矩阵变换为五个桥臂中点平均电压指令值；实时监测五个桥臂中点平均电压指令值的变化，并将其与设定的阈值进行比较，判定有无可控开关发生故障；根据故障位置的不同，对4个绕组上的电流方向和可控开关进行切换至对应的容错工作模式。本发明对于两轴磁轴承的4个绕组只需要五个桥臂进行控制，五个桥臂中点平均电压均可控，并且相比于反向共桥臂拓扑结构可实现较高的电压利用率，提升了现有的有源磁悬浮轴承系统的可靠性和稳定性。

技术领域

本发明属于磁悬浮轴承电力电子容错控制领域，更具体地，涉及一种应用于磁悬浮轴承的五桥臂容错控制方法及系统。

背景技术

磁悬浮轴承是一种利用电磁力使转子悬浮的轴承装置，用来取代传统机械轴承，实现转子与定子的无接触运行。由于转子和定子之间没有机械接触，因而具有不需要润滑、无机械摩擦、无污染、稳定性好、工作寿命长等特点。在储能飞轮、航空设备等领域，转子需要进行高速、超高速转动或者对工作环境的要求比较高的应用场合，磁悬浮轴承的应用十分广泛。

由于磁悬浮轴承系统长时间工作于高速旋转领域，其可靠性和安全性逐渐引起学者的重视，目前已经有学者提出了使用绕组容错或是器件冗余的方式进行容错控制，从而提升系统的稳定性和可靠性。比如针对五桥臂反向共桥臂拓扑提出容错控制方法，但是其容错控制技术存在无法进行全部器件的容错，尤其是公共桥臂发生故障之后无法进行容错控制，以及无法定位发生开路故障器件的位置和电压利用率低等问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于磁悬浮轴承的五桥臂容错控制方法及系统，旨在实现在五桥臂拓扑中任一开关器件开路故障的条件下，自检测故障位置并切换到相应的容错状态，保持两轴四绕组磁悬浮轴承的稳定悬浮。

为实现上述目的，一方面本发明提供了一种应用于磁悬浮轴承的五桥臂容错控制方法，所述五桥臂的拓扑包括：10个可控开关、4个绕组和1个直流电压源，每个桥臂由上下2个可控开关串联连接，每个桥臂上下两端分别与所述直流电压源两端相连，第一个桥臂作为公共桥臂，其余四个桥臂作为非公共桥臂，所述4个绕组A1、A2、A3、A4的一端均与公共桥臂中点相连，另一端分别依次与其余四个非公共桥臂的中点相连，所述容错控制方法包括：

步骤(1)、在正常工作模式下，将4个绕组A1、A2、A3、A4上的电流指令值通过矩阵变换为五个桥臂中点平均电压指令值；

步骤(2)、实时监测五个桥臂中点平均电压指令值的变化，并将其与设定的阈值进行比较；若所述五个桥臂中点平均电压指令值同时满足：一个桥臂中点平均电压指令值高于其所在桥臂设定的上阈值且其余桥臂中点平均电压指令值低于其所在桥臂设定的下阈值，或一个桥臂中点平均电压指令值低于其所在桥臂设定的下阈值且其余桥臂中点平均电压指令值高于其所在桥臂设定的上阈值，则判定有可控开关发生故障；

步骤(3)、根据故障位置的不同，对4个绕组A1、A2、A3、A4上的电流方向和可控开关进行切换至对应的容错工作模式。

进一步地，在所述正常工作模式下，所有可控开关均工作，控制绕组A1、A3的电流方向由其所在的非公共桥臂流入公共桥臂，绕组A2、A4的电流方向由公共桥臂流入其所在的非公共桥臂。

进一步地，公共桥臂故障，进入容错模式一：控制绕组A1、A2的电流方向由其所在的非公共桥臂流入公共桥臂，绕组A3、A4的电流方向由公共桥臂流入其所在的非公共桥臂或绕组A1、A2电流方向由公共桥臂流入其所在的非公共桥臂，绕组A3、A4的电流方向由其所在的非公共桥臂流入公共桥臂，同时控制公共桥臂所在的两个可控开关不工作。