[发明专利]一种自适应抑制谐波转矩的缺相控制方法

说明书

本发明公开了一种自适应抑制二次谐波转矩的缺相控制方法，通过在原有的电流环比例积分控制器PI基础上并联二倍频的谐振控制器并且将故障相的空间矢量调制波SVPWM复制到电机中性点加以实现，适用于三相星形接法永磁同步电机的一相缺相运行工作模式。改进的电流环比例积分谐振控制器PIR可以自适应地补偿传统前馈补偿方法中由于参数变化产生的误差。复制的调制波可以在不改变电机的稳态性能前提下，维持SVPWM的高直流母线电压利用率这一特性。利用本发明，可以抑制缺相运行时传统前馈方法由于参数变化引发的二次谐波转矩。

技术领域

本发明属于永磁电机控制领域，尤其是涉及一种自适应抑制由电机参数变化引发的谐波转矩的缺相控制方法。

背景技术

近年来，永磁同步电机因为高转矩密度、高效率、结构简单而被广泛应用。在军工、航空航天以及汽车等多个领域中，电机的高可靠性是一项至关重要的指标。因此，永磁同步电机的容错运行逐渐成为研究热点之一，其中包括了各式各样的逆变器容错拓扑结构以及配套的故障检测和容错运行控制算法。其中，三相四桥臂逆变器容错拓扑，有着结构简单，冗余器件较少、不需要分裂电容和直流母线电压利用率维持不变等优点而被广泛关注。

一相开路故障是一种当电机一相绕组或逆变器一相桥臂由于机械或电气连接问题引发的故障。故障发生后，如果仍使用常规的逆变器，三相电机将劣化为单相电机，无法维持稳定的转速和转矩。将三相电机的中性点引出可以解决这一问题，为了维持和正常态相同的转矩，健康两相的电流需要叠加反相的原故障相电流，因此幅值需要增大到原有的倍，同时相位偏转30°。

大部分缺相控制策略采用前馈控制的方法来实现上述的电流规划，前馈控制可以在dq旋转坐标系加入，也可以在0轴加入，然而这些前馈控制依赖于准确的电机参数，比如电阻、电感等。这些参数在实际应用中会随着温度等参数的变化而变化，进而导致前馈补偿量不准确，最后导致转速与转矩纹波的出现，使得电机性能下降。这些不准确的参数在低速大转矩的工况下的影响更为明显。为了使补偿更加准确，自适应的补偿方式无疑是更有效的。另外，健康两相以及中性点的调制波也应该妥善选择，以便维持SVPWM调制策略的直流母线电压利用率。

发明内容

本发明提供了一种自适应抑制谐波转矩的缺相控制方法，解决了传统前馈补偿因参数不准确引发的二次谐波转矩问题，从而优化了缺相运行性能；另外通过选择合适的调制波，在缺相运行模式下维持了SVPWM的电压利用率。

本发明的技术方案如下：

一种自适应抑制谐波转矩的缺相控制方法，当三相电机缺相运行时，在常规矢量控制框架中原有的电流环比例积分控制器PI上并联一个谐振控制器，构成电流环比例积分谐振控制器PIR；电流环输出的电压经过空间矢量调制SVPWM后通过三相四桥臂逆变器拓扑结构实现。

所述的自适应抑制谐波转矩的缺相控制方法，其特征在于，所述的缺相运行为电机abc三相缺任意一相的容错工作状态。

所述常规矢量控制框架包括在正常工作状态使用的速度环比例积分控制器、电流环比例积分控制器、空间矢量调制算法SVPWM和坐标变换等。

所述谐振控制器的传递函数为：

其中，s＝jω为传递函数中常用的频域表示符号，K_r为增益，ω_c为带宽，s为传递函数中常用的频域表示，ω₀为谐振角频率。

根据缺相运行下各相电压的幅值与相位，确定前馈控制所需的补偿量。而后确定参数不准确引发的补偿量误差，将这些误差的影响转化到dq旋转坐标系下。转化后的误差频率为二倍电角频率，因此，所述谐振控制器的谐振频率为电角频率的两倍。

进一步地，所述三相四桥臂逆变器拓扑结构的第四桥臂连接到三相电机的中性点。这一连接方式使得缺相后的三相电机不再是无法输出平稳转矩的单相电机。进而使健康两相的电流可以独立控制，产生稳定的转矩。