[发明专利]一种基于四桥臂逆变器的永磁同步电机的断相容错控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于四桥臂逆变器的永磁同步电机的断相容错控制系统及方法。针对永磁同步电机在断相故障状态下难以实现电机解耦控制而导致控制性能严重下降的问题，设计新型的参考坐标转换矩阵，以实现三相静止坐标系到两相同步坐标系之间的变换。进而分析电机在两相同步坐标系下的电压方程，设计合适的中线电感值，使得在故障状态下，电机电流控制器无需重新设计便能实现高性能解耦控制，从而实现了永磁同步电机在断相故障下的高性能容错控制。这种基于坐标变换的断相故障容错控制方法既可以应用于表贴式电机也可以应用于内埋式电机，并且对于两种电流控制模式(i_d＝0或i_d≠0)均能适用，该方法是一种通用的永磁同步电机断相故障容错控制方法。

技术领域

本发明涉及一种基于四桥臂逆变器的永磁同步电机的断相容错控制系统及方法，用于实现永磁同步电机断相后电机驱动控制系统的高性能运行。

背景技术

永磁同步电机因其具有调速范围宽、动态响应好、可控性强、功率因数高等优点，被广泛应用于工业、军事、航空航天等领域。而断相故障是永磁同步电机中的一种最常见的故障，它会大幅降低电机的控制性能，且不平衡负载将会增加电机耗损功率，从而导致电机发生其它故障。为了避免上述不利因素，人们将断相容错驱动技术应用于断相电机，以减少电机断相后非故障相绕组的电流，抑制转矩脉动，提高系统的控制性能，保证电机驱动系统在断相后仍能安全可靠地高性能运行。

为了提高断相故障下的三相永磁同步电机的可靠性和性能，研究者们已经提出了多种容错控制策略，如采用a-b-c参考系下的滞环电流控制器实现正弦电流的跟踪控制，进而保持与故障前相同的额定转矩。然而，基于滞环控制器的系统容易受到不稳定的开关频率的影响，导致其控制性能受到限制。基于不平衡电压前馈补偿的方案可提高系统的可控性，该方法易于操作，并且在发生故障时不需要重新配置d-q电流PI控制器，但是前馈电压补偿算法的实现会受到电机参数精度的影响。上述三相永磁同步电机容错方法主要集中在控制器设计上，且都无法实现令人满意的电流跟踪性能。

因此本发明提出了一种新型的基于四桥臂拓扑结构的断相故障容错控制方法。针对永磁同步电机断相故障的问题，为了保持与故障前具有相同的额定转矩，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转换为同步旋转坐标系下的两个直流量，电机系统断相故障后可以直接应用故障前的电流PI控制器，无需重新设计复杂的电流控制器，从而实现永磁同步电机在断相故障下的容错控制，并且该方法可以处理不同的电流控制模式(i_d＝0或i_d≠0)下的断相故障，是一种通用的永磁同步电机断相容错控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对永磁同步电机在断相故障状态下难以实现电机解耦控制而导致控制性能严重下降的问题，我们设计了新型的参考坐标转换矩阵，利用它可实现三相静止坐标系到两相同步坐标系之间的变换，并分析了电机在两相同步坐标系下的电压方程，设计合适的中线电感值，使得在故障状态下，电机系统不改变电流控制器而仍能实现高性能的解耦控制，进而实现永磁同步电机在断相故障下的高性能容错控制。这种基于坐标变换的断相故障容错控制方法既可以应用于表贴式电机也可以应用于内埋式电机，并适用于两种电流控制模式(i_d＝0或i_d≠0)，该方法是一种通用的永磁同步电机断相故障容错控制方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：利用一种基于四桥臂逆变器的永磁同步电机的断相容错控制系统作为系统的基本结构，采用一种新的基于四桥臂逆变器的永磁同步电机的断相容错控制系统断相容错控制控制方法。该方法包括如下步骤：