[发明专利]基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，首先通过转速调节器获得参考转矩，然后采用i_d＝0的控制方式得到负载角参考值，进而得到(k+1)时刻定子磁链dq轴分量幅值参考值，并且定义定子磁链零轴分量幅值参考值为0；然后，根据逆变器故障类型分析故障后的电压空间矢量状态，再根据电流预测模型并结合磁链方程在线预测(k+1)时刻定子磁链的d轴、q轴和零轴分量；利用(k+1)时刻磁链预测值和参考值构建价值函数，并通过最小化价值函数获得逆变器最优开关状态；最后通过q轴磁链无差拍方法计算占空比，改善系统稳态性能。本发明可使开绕组磁通切换电机在逆变器单相故障状态下获得良好的动稳态性能。

技术领域

本发明涉及基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，属于电机驱动及控制领域。

背景技术

磁通切换电机具有转子结构简单，适合高速运行、冷却方便、容错性能好等优点，同时拥有高功率密度、正弦反电势的特点。然而，在一些特殊情况下，电机系统会出现故障。电机系统中的常见故障主要包括电机本体故障和逆变器故障两大类，逆变器中的开关管需要进行频繁的开关切换，是整个逆变器最易损坏的部分，同时逆变器故障主要是开关管的开路故障和短路故障，每一种故障情况的发生都会对系统的正常运行造成不同程度的不利影响。具体表现为：绕组和线路损耗显著增加，系统整体效率下降；磁链形状发生畸变，引起绕组电压及电流的非正弦分布，造成转矩脉动的加剧。因此必须采取合适的容错控制策略。

同时，共直流母线型开绕组电机系统会产生零序电流，给系统带来了额外的铜耗、温升及转矩波动等负面效应，因此在开绕组电机的控制中，对零序电流的抑制是一个重要内容。

基于以上考虑，为了在故障工况下电机仍能正常工作，有提出了采用简化的PWM方法来计算各相开关管的导通时刻，与三角载波相比较，得到逆变器的开关波形图，但是故障后容错控制中不能很好的实现对零序电流的抑制。也有提出，在故障工况下的开绕组电机采用SVPWM策略，虽能很好地控制开绕组电机容错控制中的零序电流，但是设计复杂，计算量大。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，在逆变器单相故障的情况下可获得较好的稳态性能。

技术方案：基于逆变器单相故障的开绕组磁通切换电机容错控制方法，包括如下步骤：

步骤1：通过转速调节器获得参考转矩T_e^ref，然后采用i_d＝0的控制方式得到负载角参考值δ^ref，进而得到(k+1)时刻定子磁链d轴、q轴分量幅值参考值ψ_sd^ref(k+1)、ψ_sq^ref(k+1)，并且定义定子磁链零轴分量幅值参考值ψ₀^ref(k+1)为0；

步骤2：根据逆变器故障类型分析故障后的电压空间矢量状态，再根据电流预测模型并结合磁链方程在线预测(k+1)时刻定子磁链的d轴、q轴和零轴分量ψ_sd(k+1)、ψ_sq(k+1)、ψ₀(k+1)；

步骤3：利用(k+1)时刻定子磁链的预测值和参考值构建价值函数，并通过最小化价值函数获得逆变器最优开关状态；

步骤4：通过q轴磁链无差拍方法计算占空比，改善系统稳态性能。

有益效果：本发明基于共直流母线结构下的开绕组磁通切换电机，通过预测磁链控制达到逆变器单相故障状况下容错运行的目的，只涉及一个直流电源，抑制零序电流只是在控制方法上改动，不需要增加系统硬件成本。本发明提出的控制方法相比于传统技术，减小了系统计算量及复杂度，有效解决了开绕组磁通切换电机逆变器单相故障状况下容错运行的问题。

附图说明