[发明专利]一种计及多自由度的多相电机断相容错运行方法

说明书

本发明公开了一种计及多自由度的多相电机断相容错运行方法，属于多相电机控制技术领域。主要包括计及多自由度的容错电流重构系数计算，谐波平面基于对称分量法正负序电流解耦控制器以及基波平面矢量控制策略。该电流重构计算方法在基本的维持故障前后磁动势不变约束外，利用剩余自由度对谐波平面的注入电流进行约束，其中三次谐波平面矢量轨迹圆形，与剩余谐波平面的自由度联合进行最小化铜损优化求解；谐波平面采取正负序解耦的双PI电流控制器，基波平面控制方法保持不变。本发明公开的多相电机断相容错运行方法，均衡满足提高转矩，降低转矩脉动，减小铜损等各项指标；抑制故障后不对称电流的跟踪误差的同时，简化了故障后容错算法。

技术领域

本发明涉及多相电机控制技术领域，具体涉及一种计及多自由度的多相电机断相容错运行方法。

背景技术

多相电机具有高可靠性，高功率密度，控制资源丰富以及可以通过分配功率到每一相从而实现低压大功率的特性，特别适用于可靠性要求苛刻的舰船，多电飞机，电动汽车等场合。三相电机在不增加额外硬件的条件下发生断相故障无法正常运行，而多相电机发生断相故障后可以通过重构相电流而保证电机平稳运行，因此多相电机一个显著优势是增加了电机系统的可靠性。

在多相电机发生故障后，可以采用降阶Clarke解耦矩阵，然而计算相对复杂，无法推广到任意相数的多相电机。另一种容错策略采用直接重构故障后的给定相电流的策略。由于多相电机的谐波平面对转矩做出的贡献相对较小，通过在谐波平面注入电流来维持基波磁动势不变，进而可以保证电机故障后继续平稳运行。

在满足磁动势不变的约束下，系统仍是欠定状态，常规约束有三种：最大输出转矩约束，最小铜损约束，最小转矩脉动约束。然而上述三种约束仅仅针对某一个特定指标进行优化，没有从全局角度进行取舍。随着多相电机相数的增多，剩余自由度的也逐步增加，除了目前上述三种常规的思路外，仍然具有可进一步探索的空间，从而均衡满足各项指标。同时，故障后由于不对称性，电流同时包含正负序分量，此时，采用基于对称分量法正负序解耦双PI控制器可以有效跟踪给定的谐波平面电流，在保证动态性能的同时保证良好的跟踪特性。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种计及多自由度的多相电机断相容错运行方法，通过充分挖掘谐波平面剩余自由度来重构容错电流，并将参考电流与反馈电流的差作为正负序解耦的控制器的输入量，达到对容错电流的无静差跟踪目标，实现了综合指标最优的容错运行特性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种计及多自由度多相电机断相容错运行方法，包括计及多自由度多平面多相电机断相容错电流计算方法与多平面容错电流控制方法；

所述的计及多自由度多平面多相电机断相容错电流计算方法，基于故障前后磁动势不变原则，三次谐波平面磁场轨迹保持圆形，解除剩余高次谐波平面约束；其中，三次谐波平面矢量的幅值待定，与剩余谐波平面的自由度联合进行最小化铜损优化求解，求得容错参考电流；

所述的多平面容错电流控制方法利用多相电机多平面对称分量法，分为基波平面控制与谐波平面控制，所述的基波平面仍保留正常运行控制策略，谐波平面通过坐标变换映射在多组不同d-q坐标系下进行控制。

进一步的，所述的多平面容错电流控制方法，具体为：

(1)利用多相电机矢量空间解耦方法将采集到的多相电机电流进行Clarke变换，得到对应多个α-β子空间中的电流矢量，包括谐波平面的电流矢量和基波平面的电流矢量；

(2)利用基于对称分量法的双向坐标变换，将谐波平面的电流矢量转换至正负序d-q平面下，得到反馈电流谐波分量，基波平面的电流矢量不做处理；