[发明专利]绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及垂直运动的绕组分段式永磁直线同步电动机技术领域，尤其涉及一种绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统及方法。

背景技术

永磁直线同步电动机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor，PMLSM)及其伺服系统以响应速度快、定位精度高、行程不受限制等优点越来越受到重视，在高速和高精度数控系统、工业运输系统、矿用无绳提升机、超高层电梯、电磁飞机弹射等领域具有非常大的应用前景。

在长距离运行场合中，永磁直线同步电动机通常采用电枢绕组作为定子、永磁体作为动子的结构，即长初级短次级型PMLSM。为了降低每相电枢绕组的电流等级、减少损耗、提高系统效率并方便安装维护，需要将定子电枢绕组分段设计，即采用绕组分段式结构的永磁直线同步电动机。分段式永磁直线同步电动机采用分布式供电方式，电机在运行过程中根据动子位置信号切换定子绕组以实现分段供电。

电枢绕组分段式结构可以简化安装、降低能耗、提高电机效率，但也存在结构复杂、信号多、可靠性差的缺陷。如果动子位置信号丢失或者绕组切换执行机构故障，将导致单元电机绕组切换失败，引起异常推力波动。对于垂直运动的绕组分段式永磁直线同步电动机，定子绕组切换故障产生的异常推力波动有可能引起电机失步，引发重大安全事故，直接影响绕组分段式永磁直线同步电动机的稳定运行。现有的研究成果主要集中于对绕组分段式永磁直线同步电动机的分析、设计以及驱动控制，无法解决定子绕组切换失败后带来的严重后果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统及方法，能够实时在线检测绕组分段式永磁直线同步电动机绕组切换机构的工作状态，当绕组切换出现故障时，根据系统运行工况及故障类型及时进行容错控制，有效解决绕组切换故障引起的振荡及失步问题，保障绕组分段式永磁直线同步电动机的稳定运行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

绕组分段式永磁直线同步电动机容错切换控制系统，包括速度设定模块、V/f曲线生成模块、调制驱动模块、最大推力跟踪模块、功角检测模块、绕组切换故障检测与诊断模块和绕组切换容错控制模块；

速度设定模块的输出端连接V/f曲线生成模块的输入端和调制驱动模块的输入端，V/f曲线生成模块的输出端连接调制驱动模块的输入端，最大推力跟踪模块的输出端和功角检测模块的输出端连接绕组切换容错控制模块的输入端，绕组切换故障检测与诊断模块的输出端连接绕组切换容错控制模块的输入端，绕组切换容错控制模块的输出端连接速度设定模块的输入端和V/f曲线生成模块的输入端；

速度设定模块用于根据给定速度，设定绕组分段式永磁直线同步电动机启动过程的加速度，实现绕组分段式永磁直线同步电动机的平滑变速控制，速度设定模块还用于根据给定速度输出相应的频率信号；V/f曲线生成模块用于根据输入的频率信号，产生相应比例的电压信号；调制驱动模块用于根据输入的电压信号和频率信号产生跟踪频率变化的输出电压，最大推力跟踪模块用于计算绕组分段式永磁直线同步电动机的临界功角；功角检测模块用于检测绕组分段式永磁直线同步电动机的实时功角；绕组切换故障检测与诊断模块用于实时检测绕组切换机构的工作状态，判断故障类型和位置；绕组切换容错控制模块用于根据最大推力跟踪模块输出的临界功角和功角检测模块输出的实时功角，判断绕组分段式永磁直线同步电动机的暂态稳定性，并根据绕组切换机构的故障类型调整速度设定模块输出的频率信号和V/f曲线生成模块输出的电压信号，改变绕组分段式永磁直线同步电动机的推力-功角特性曲线。

还包括启动电压补偿模块，启动电压补偿模块的输出端连接V/f曲线生成模块的输入端，启动电压补偿模块用于对绕组分段式永磁直线同步电动机低频运行时的电阻效应进行电压补偿，提高启动推力。

所述速度设定模块的启动速度设定曲线为：

式中，v为输出速度；t为时间；v₀为初始速度；T为设定的加速时间。所述V/f曲线生成模块中设定的V/f曲线为可编程多点曲线，V/f曲线上的多个分割点的坐标能够在线调整。

所述的调制驱动模块包括SVPWM调制驱动单元和三相逆变器，SVPWM调制驱动单元的输出端连接三相逆变器的输入端。