[发明专利]五相永磁体内嵌式容错直线电机不相邻两相短路容错矢量控制方法

摘要

本发明公开了一种五相永磁体内嵌式容错直线电机不相邻两相短路容错矢量控制方法。先根据这两相开路故障前后磁动势不变以及非故障相电流和为零的原则，以相邻两相电流幅值相等为约束条件，推导出推广克拉克变换矩阵；采用该矩阵的转置估算出反电势；采用内模控制器、一阶惯性前馈电压补偿器、反电势观测器将该类电机在故障状态下的非线性强耦合系统变换为一阶惯性系统。根据非故障相短路补偿电流和两短路故障相电流的合成磁动势为零的原则求出短路补偿电压；将该电压和矢量控制器输出电压叠加。本发明不但抑制了电机不相邻两相短路故障导致的电机推力波动，且更为关键的是其动态性能、稳态性能和正常状态下一致，电压源逆变器开关频率恒定。

主权项

1.一种五相永磁体内嵌式容错直线电机不相邻两相短路容错矢量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立五相永磁体内嵌式容错直线电机模型；步骤2，永磁体内嵌式容错直线电机分为A、B、C、D、E这五相，当电机发生B相和E相短路故障时，假设电机B相和E相仅发生开路故障，根据电机故障前后行波磁动势不变原则以及剩余非故障相电流之和为零的约束条件，再由相邻两相C相和D相电流幅值相等作为约束条件，求出B相和E相开路故障后电机容错运行的非故障相电流式中，分别是旋转坐标系下d轴、q轴的电流指令，θ为电角度v为直线电机动子运动电速度，τ为极距；步骤3，根据非故障相电流，求取三个非故障相自然坐标系到两相静止坐标系变换的两行三列的推广克拉克变换矩阵T_post、三行两列的逆变换矩阵以及转置矩阵步骤4，使用非故障相电流抑制故障相短路电流导致的推力波动，求取用于抑制故障相短路电流导致推力波动的非故障相的短路补偿电流i″A、i″C、i″D，采用推广克拉克变换矩阵Tpost将短路补偿电流i″A、i″C、i″D变换到两相静止坐标系上的短路补偿电流i″α、i″β；步骤5，采用推广克拉克变换矩阵Tpost将在自然坐标系下采样到的剩余三相非故障相电流iA、iC、iD变换到两相静止坐标系上的电流i′α、i′β，并将该电流和步骤4中获得的电流i″α、i″β相减得到iα、iβ，运用派克变换矩阵C2s/2r将iα、iβ变换到同步旋转坐标系上的电流id、iq；或步骤5，将在自然坐标系上采样到的剩余三相非故障相电流iA、iC、iD，与非故障相的短路补偿电流i″A、i″C、i″D相减得到i′A、i′C、i′D，采用推广克拉克变换矩阵Tpost和派克变换矩阵C2s/2r将i′A、i′C、i′D变换到同步旋转坐标系上的反馈电流id、iq；步骤6，建立五相永磁体内嵌式容错直线电机不相邻两相短路故障状态下在同步旋转坐标系上的数学模型；步骤7，设计一阶惯性前馈电压补偿器，同步旋转坐标系上的电流指令经一阶惯性环节获得前馈补偿电压电流指令和反馈电流i_d、i_q的差值经电流内模控制器其中R为相电阻，得控制电压u_d0、u_q0，将该电压与前馈补偿电压相加得到同步旋转坐标系上的电压指令采用派克逆变换矩阵C_2r/2s将该电压指令变换到两相静止坐标系上的电压步骤8，采用和C_2r/2s以及动子永磁磁链设计反电势观测器观测出非故障相反电势e_A、e_C、e_Dλ_m为永磁磁链；根据非故障相反电势eA、eC、eD求出故障相反电势eB、eE步骤9，为确保电机输出用于抑制短路电流导致推力波动的非故障相的短路补偿电流i″_A、i″_C、i″_D，根据B相短路电流i_B＝i_{sc_B}和B相反电势e_B的关系、E相短路电流i_E＝i_{sc_E}和E相反电势e_E的关系以及短路补偿电流的数学表达方式，定义剩余三相非故障相的短路补偿电压为u″_A、u″_C、u″_D为采用推广克拉克变换矩阵T_post将所述短路补偿电压变换到两相静止坐标系上的短路补偿电压步骤10，将两相静止坐标系上的电压指令与短路补偿电压u″_α、u″_β相加得采用推广克拉克逆变换矩阵将电压指令变换到自然坐标系上的电压指令再和剩余非故障相的各相反电势e_A、e_C、e_D分别相加得到期望相电压指令或步骤10，采用推广克拉克逆变换矩阵将两相静止坐标系下的电压指令变换到自然坐标系上的电压指令然后和剩余三相非故障相的短路补偿电压u″_A、u″_C、u″_D相加，最后再和剩余非故障相的各相反电势e_A、e_C、e_D分别相加得到期望相电压指令步骤11，将步骤10所得到的期望相电压指令经电压源逆变器，采用CPWM调制方法实现五相永磁体内嵌式容错直线电机不相邻两相短路故障后的容错矢量无扰运行。