[发明专利]一种表贴式永磁同步电机断相容错控制方法

摘要

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。

主权项

1.一种表贴式永磁同步电机断相容错控制方法，其特征在于：采用新的坐标变换方法，在不改变电流控制器的前提下，使系统在故障前后的控制性能几乎保持不变。该方法包含如下步骤：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电机(5)的健康状况，进而控制系统运行模式；坐标反变换模块(2)负责将三相电流转化为同步旋转坐标系下电流反馈值；PI控制器模块(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(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)输出的电机健康状况来切换运行模式：当故障诊断模块判断电机无故障时，系统将运行于常规模式下，即坐标变换模块(7)采用变换矩阵P(即a‑b‑c坐标系→d‑q‑0坐标系变换矩阵)，坐标反变换模块(2)采用矩阵P‑1(即d‑q‑0坐标系→a‑b‑c坐标系变换矩阵)，而PWM波生成模块(3)采用常规的基于载波的PWM调制方式，正常情况下，in＝0可以忽略，此时电机反馈的三相电流ia,ib,ic通过坐标变换模块(7)的坐标变换矩阵P转换为同步旋转坐标系下的直流反馈电流id,iq，反馈电流id、iq与电流给定值id*、iq*相比较，其差值输入到电流PI控制器模块(1)中；电流PI控制器根据误差值计算并输出参考电压ud*、uq*；ud*、uq*作为坐标反变换模块(2)的输入，通过坐标反变换(P‑1)转化为三相参考电压uan*,ubn*,ucn*；三相参考电压输入到PWM波生成模块(3)并作为PWM波发生器的输入，PWM波发生器先采用基于载波的PWM调制方式生成4路PWM开关信号Sa、Sb、Sc及Sn，再通过逻辑非运算生成4路取反开关信号；由PWM生成模块生成的8路PWM开关信号被输入到四桥臂逆变器模块(4)中并对四桥臂逆变器的8个开关管的进行控制；逆变器通过将四个桥臂与电机的相线、中线对应连接，对电机的驱动；一旦故障诊断模块(6)检测到电机发生断相故障，该故障诊断模块的输出信号F将控制系统中坐标反变换模块(2)、PWM波生成模块(3)和坐标变换模块(7)这三个模块的重构，使系统切换至故障运行模式，即坐标变换模块采用变换矩阵(ST)：x‑y‑n坐标系→d‑q‑0坐标系变换矩阵,x、y、z为电机A、B、C三相，其中x、y代表非故障相，z代表故障相，当A相故障时，x＝b、y＝c、z＝a；当B相故障时，x＝c、y＝a、z＝b；当C相故障时，x＝a、y＝b、z＝c，坐标反变换模块采用矩阵(ST)‑1(即d‑q‑0坐标系→x‑y‑n坐标系变换矩阵)，而PWM波生成模块采用断相故障模式下的基于载波的PWM调制方式，设置故障相的电压参考uzn*＝0，并将断相所对应的开关信号置零；故障状态下，故障相的电流为零，即iz＝0，电机的其它反馈电流ix,iy,in通过坐标变换模块(7)的坐标变换矩阵(ST)转换为同步旋转坐标系下的反馈电流ir,ik，反馈电流ir、ik与电流给定值id*、iq*相比较，其差值输入到PI控制器模块(1)中的PI控制器；PI控制器计算并输出参考电压ud*、uq*；ud*、uq*输入到坐标反变换模块(2)中，通过坐标反变换模块(2)的坐标反变换矩阵(ST)‑1得到两相参考电压ubn*,ucn*，两相参考电压输入到PWM波生成模块(3)中作为PWM波发生器的输入，而PWM波发生器先设置uzn*＝0，再利用基于载波方法的PWM调制方式直接生成4路PWM开关信号Sa,Sb,Sc,Sn,这4路开关信号通过逻辑非运算再生成4路取反开关信号，这8路信号中，与断故障相对应的开关信号Sz和Sz则被置零以实现对故障相的隔离，最终生成的8路开关信号通过信号线输入到四桥臂逆变器模块(4)中对四桥臂逆变器中的8个开关管进行控制，而逆变器的四个桥臂分别与电机的相线、中线对应连接，故障相被切断，从而实现故障状态下对电机的驱动控制。