[发明专利]一种电机容错故障控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种电机容错故障控制方法及装置，包括：采集当前采样周期下六相电机中非故障的5相电流，并将5相电流转换为解耦坐标系下的5个电流分量；使用电机的数学模型和5个电流分量预测下一采样周期下电机各相的相电流值，并通过各相电流的指令值预测下一个采样周期电机控制器输出的最佳电压矢量；将最佳电压矢量转换为解耦坐标系下的5个电压分量，并对交、直轴电压分量合成的电压矢量限幅；将限幅后的交、直轴电压分量变换回到相坐标系中，将最终的最佳电压矢量转换为每相占空比，并根据每相占空比调节每相电压的驱动信号进行电机驱动。本发明在不影响电机动态性能的同时，显著降低六相电机一相绕组开路故障容错工况下的相电流电流谐波。

技术领域

本发明属于机电技术领域，更具体地，涉及一种电机容错故障控制方法及装置。

背景技术

目前，多相电机在高功率密度、高可靠性领域得到广泛应用，在风电场、电动汽车、船舶推进、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。与三相电机相比，多相电机具有更多的控制自由度，这使得多相电机的控制更加灵活，当多相电机发生一相断路故障后，通过控制算法重新分配各相电流的幅值和相位仍然可以使电机正常运行，且系统额定功率降低较小。

容错工况的六相电机，各相绕组空间分布不再对称，传统空间矢量调制方法不再适用，为解决这一问题，研究人员提出了模型预测控制算法。模型预测控制算法的具体内容是：电机变频器只有有限数量的开关状态，每一种开关状态对电机工作状况的作用影响不一，控制器通过在每一个采样周期计算并预测每一种状态对电机性能的影响，得到使电机最快跟踪运行指令的开关状态，即最佳开关状态，并作用于下一采样周期。在传统的模型预测控制算法中，最佳的开关矢量作用满整个采样周期，即各桥臂功率器件占空比始终保持1或者0。传统模型预测方法并不适用于一般的调制方法，例如正弦波脉宽调制、空间矢量脉宽调制，调制的基础在于对功率器件占空比的计算、调节和分配，当占空比始终为1或0，调制方法无法工作。

综上，传统模型预测方法具有动态性能高的优点，但同时由于算法本身基于穷举变频器开关状态的原理，具有计算量大、电流谐波含量高、稳态性能不好、铜耗大的缺点，难以满足长时间容错工况运行的需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决传统模型预测方法由于算法本身基于穷举变频器开关状态的原理，具有计算量大、电流谐波含量高、稳态性能不好、铜耗大的缺点，难以满足长时间容错工况运行的需求的技术问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种电机容错故障控制方法，包括以下步骤：

(1)采集当前采样周期下六相电机中非故障的5相电流，并将5相电流转换为解耦坐标系下的5个电流分量，5个电流分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电流分量，和与电磁转矩产生无关的x轴、y轴和0轴电流分量，所述六相电机中有一相电流故障；

(2)使用电机的数学模型和步骤(1)得到的解耦坐标系下的5个电流分量预测下一采样周期下电机各相的相电流值，通过各相电流的指令值和预测得到的下一采样周期下电机各相的相电流，预测下一个采样周期电机控制器输出的最佳电压矢量；

(3)将所述最佳电压矢量转换为解耦坐标系下的5个电压分量，所述 5个电压分量包括与电机电磁转矩产生有关的交、直轴电压分量，当所述交、直轴电压分量合成的电压矢量幅值超过限幅值时，将所述电压矢量幅值限制在限幅值，并保持其矢量方向不变，得到解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量；

(4)将步骤(3)得到的解耦坐标系下最终的交、直轴电压分量变换回到相坐标系中，确定最终的最佳电压矢量，将最终的最佳电压矢量转换为每相占空比，并根据每相占空比调节每相电压的驱动信号进行电机驱动。