[发明专利]一种五相永磁同步电机单相开路故障的容错控制方法

权利要求书

1.一种改进式SVPWM的五相永磁同步电机单相开路故障的容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，推导容错SVPWM控制方式下的相电压解耦变换矩阵并进行简化；步骤2，通过对相电流谐波抑制能力及电机直流母线电压利用率的分析，对控制参数α₁进行最优解的研究，推导出最优解下的相电压解耦变换矩阵；步骤3，求出控制参数的最优解来重构故障后系统坐标，并对重构后的坐标系进行空间矢量的重新分布和扇区重建，实现对电机磁链的实时控制；

所述步骤1的具体过程为：

假设单相开路故障发生在五相永磁电机的A相绕组，则对正常状态下相电压解耦变换矩阵进行降阶；表示为：

式中T_Clarke为A相开路故障下的相电压解耦变换矩阵；α_x为相邻两相之间的夹角；

容错SVPWM控制方式为简化相电压的解耦计算，对变换矩阵进行调整，得到相电压解耦变换矩阵：

式中，α₂＝π-α₁且0α₁π/2，π/2α₂π；

为方便计算，继续对矩阵进行化简得到：

式中c₁＝cosα₁、c₂＝cosα₂、s₁＝sinα₁、s₂＝sinα₂；

此时，一维平面α₁-β₁和三维平面α₃-β₃内的电压矩阵化简为：

式中，U_α1、U_β1为相电压在基波空间下的分量；U_α3、U_β3为相电压在三次空间下的分量；S_b、S_c、S_d、S_e分别表示b、c、d和e相逆变器开关量；U_dc表示直流母线电压。

2.根据权利要求1所述的一种改进式SVPWM的五相永磁同步电机单相开路故障的容错控制方法，其特征在于：所述步骤2中，在对相电流谐波抑制能力分析中，三次空间谐波分量大小等同于各电压矢量在α轴上的分量之和。

3.根据权利要求1所述的一种改进式SVPWM的五相永磁同步电机单相开路故障的容错控制方法，其特征在于：所述步骤2中，在对电机直流母线电压利用率的分析中，母线电压利用率表示为正十边形的内切圆半径，故障时母线电压利用率用菱形的内切圆半径表示。

4.根据权利要求1所述的一种改进式SVPWM的五相永磁同步电机单相开路故障的容错控制方法，其特征在于：所述步骤2中，还包括将不同数值的控制参数α₁分别带入电压矩阵和矢量图进行运算，根据计算结果绘制五相SVPWM容错控制理论控制参数α₁与母线电压利用率百分值和三次谐波含量标幺值的关系曲线，根据曲线图求取控制参数α₁＝π/4。

5.根据权利要求1所述的一种改进式SVPWM的五相永磁同步电机单相开路故障的容错控制方法，其特征在于：所推导出最优解下的相电压解耦变换矩阵为：

式中c₁＝cosα₁、c₂＝cosα₂、s₁＝sinα₁、s₂＝sinα₂，α₁＝π/4且α₂＝π-α₁。

6.根据权利要求1所述的一种改进式SVPWM的五相永磁同步电机单相开路故障的容错控制方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：

S3.1，以不对称SVPWM控制方式为原则进行合成矢量的选择，并以降低开关频率为目标，在每个扇区内选择合适的开关顺序；

S3.2，实时计算电机实际转速ω和给定转速ω^*之间的转速误差，通过PI调节器，计得到所需的交直轴电流的参考值和采用i_d＝0的控制方式；

S3.3，通过S函数检测计算电机转子位置角θ，通过坐标变换将采样电流变换到旋转坐标系下的交直轴电流i_d和i_q同参考值作比较，并通过PI调节器得到旋转坐标系下的交直轴电压u_d及u_q；

S3.4，将得到的旋转坐标系下的交直轴电压分量，利用坐标变换，变换为静止坐标系下的电压分量U_α和U_β，通过空间电压矢量脉宽调制方式SVPWM计算出各相的电压占空比，从而对电机的磁链进行实时控制。