[发明专利]一种轴向磁场磁通切换永磁电机单相故障容错控制方法

说明书

本发明公开了一种轴向磁场磁通切换永磁电机单相故障容错控制方法，使AFFSPMM发生单相故障时能够运行在无位置传感器容错状态，并通过转矩重新分配提高电机带载能力。控制系统采用双矢量模型预测磁链控制，通过滑模观测器进行位置角及转速检测。当电机正常运行时，逆变器工作在双三相三桥臂模式下；发生单相断路故障时，故障定子逆变器工作在三相四桥臂模式下进行容错控制，通过转矩重新分配减小铜耗，同时提高电机故障下的带载能力。本发明结合AFFSPMM的结构特点，使电机在发生单相故障前后转速、转矩输出性能不变，保证电机驱动系统的可靠性，并通过转矩重新分配，降低故障定子正常相电流幅值，进一步提高了电机的带载能力。

技术领域

本发明涉及一种永磁电机容错控制方法。

背景技术

轴向磁场磁通切换永磁电机(Axial Field Flux-Switching Permanent MagnetMachine，AFFSPMM)是一种新型的定子永磁型电机，由于轴向磁场磁通切换电机驱动系统控制灵活性高、转矩密度大、效率高，所以在航空航海、风力发电、电动汽车等领域具有广泛的应用前景。在这些场合，电机及其控制系统的故障可能造成重大财产损失，甚至会危及人身安全。因此要求应用在这些场合的电驱系统具有较强故障容错能力。

为了提高AFFSPMM电机故障的容错能力，充分合理地使用双定子正常相绕组非常必要。通过恒定磁动势的方法进行容错控制，容错后正常相电流幅值增大，降低了电机的带载能力；通过励磁绕组增磁的方式维持电机总磁势不变，但实际工程中基于此法会使得电机结构变复杂，同时存在控制系统稳态性能不佳的情况，并且励磁电流大小计算复杂。因此，稳定、可靠、高效的AFFSPMM电机容错控制方法的研究具有重要的理论与实际研究意义。

发明内容

技术问题：针对上述现有技术，提出一种轴向磁场磁通切换永磁电机单相故障容错控制方法，降低铜耗的同时提高故障下的带载能力。

技术方案：一种AFFSPMM单相故障容错控制方法，所述AFFSPMM具有对称的定子结构，并采用双三相四桥臂的容错拓扑结构的逆变器驱动；定子1的A1、B1、C1相绕组分别由绝缘栅双极型晶体管T11-T16组成的三个桥臂驱动，对应逆变器的第四桥臂由绝缘栅双极型晶体管Tn1和Tn2组成，且第四桥臂的中点与定子1的中性点相连；定子2的A2、B2、C2相绕组分别由绝缘栅双极型晶体管T21-T26组成的三个桥臂驱动，对应逆变器的第四桥臂由绝缘栅双极型晶体管Tn3和Tn4组成，且第四桥臂的中点与定子2的中性点相连；电机控制系统采用转矩分配双矢量模型预测磁链控制，通过滑模观测器进行无速度传感器位置角及转速检测；当电机正常运行时，逆变器工作在双三相三桥臂模式下；当发生单相断路故障时，故障定子逆变器工作在三相四桥臂模式下，同时进行转矩分配，降低故障定子正常相电流幅值，提高故障下的带载能力。

进一步的，所述方法包括以下步骤：

步骤1：采集电机主电路中非故障定子的三相电流i_abc和三相电压u_abc，然后进行坐标变换得到两相静止坐标系下α轴电压电流和β轴电压电流，经过滑模观测器得到拓展反电动势接着由锁相环得到转子观测速度ω_e，经过积分环节后得到相应的电角度θ_e；

步骤2：用给定转速ω^*减去观测转速ω_e，得到的转速偏差Δω输入到转矩调节器，经比例积分计算后得到电磁转矩参考值用于定子参考磁链幅值的计算；

其中，ψ_f为永磁体磁链，L_q为交轴电感，p为极对数；

步骤3：根据三相电流判断故障状态，当检测到AFFSPMM运行状态正常时，执行步骤4A至10A，当检测到AFFSPMM发生单相断路故障时，执行步骤4B至6B；