[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

说明书

本发明公开了一种改进式SVPWM的五相永磁同步电机单相开路故障的容错控制方法，包括如下步骤：该算法根据现有的五相SVPWM容错控制理论，可以获得控制参数不同解所对应的多种SVPWM容错控制方法。通过对电机直流母线电压利用率和相电流谐波抑制能力的分析，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。与现有技术相比，本发明在保证电机单相开路故障前后平均转矩输出不变的情况下，有效降低了电流谐波含量，抑制了电机转矩脉动，同时提高了直流母线电压利用率。更为关键的是该容错算法可以实现电机的高动态性能容错运行，且具有一定的通用性。

技术领域

本发明涉及多相电机容错控制技术领域，特别涉及一种基于五相永磁电机的容错控制方法。适用于航空航天、电动汽车、舰船推进系统等对电机的可靠性有较高要求的场合。

背景技术

与传统三相电机相比，多相电机具有更高的控制自由度，因此具有更好的容错性能。在电动汽车、舰船推动、航空航天等需要高可靠性运行的领域，得到了越来越多的关注和应用。近年来，国内外的高校和科研机构对五相永磁电机的容错控制策略也进行了深入的研究。

一般说来，电流滞环带脉宽调制方法在容错控制中可以取得很好的效果，中国发明专利《基于铜耗最小原则的五相磁通切换电机容错控制方法》(专利号为CN201410492490.1) 和中国发明专利《考虑磁阻转矩影响的五相磁通切换永磁电机容错控制方法》(专利号为 CN201210501105.6)分别在考虑铜耗及磁阻转矩的条件下通过计算故障后电流，将电流滞环控制应用到五相电机容错控制策略中。但不能忽视该方法高开关频率引起的逆变器高开关损耗。为了避免高开关损耗，在多相电机驱动系统中采用了空间矢量脉宽调制(SVPWM) 技术。中国发明专利《一种五相容错永磁电机的全矢量控制方法》(专利号为 CN201510568331.X)公开了一种五相永磁电机的全矢量控制，在单相开路时将传统SVPWM 方法与电流滞环控制方法相结合进行故障后系统坐标系的重构。但由于该策略是从电流滞环的角度推导出来的，因此，该方法在SVPWM容错方面的自由度较小。此外，在容错条件下，直流母线电压利用率和谐波电流抑制等问题也没有引起足够的重视。

发明内容

发明目的：针对现有控制技术所存在的问题，提出一种改进式SVPWM的五相永磁同步电机单相开路故障容错控制策略，使得故障前后平均转矩输出不变的情况下，有效降低电流谐波含量、抑制电机转矩脉动，同时提高了直流母线电压利用率。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

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，包括如下步骤：步骤1，推导一般性容错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。

进一步，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；

一般性容错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：