[发明专利]一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法

说明书

本发明公开一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，所述控制系统包括转速控制模块，电流分配器，转矩空间电流控制模块，抗扰模块，第一电压旋转变换模块，谐波空间电流参考值生成模块，谐波空间电流控制模块，第二电压旋转变换模块，电压转换模块，电流转换模块，第一电流旋转变换模块，第二电流旋转变换模块，第一脉宽调制模块，第二脉宽调制模块，第一三相逆变器，第二三相逆变器，编码器，转速计算器，双三相电机。本发明控制系统及其工作方法适用于健康工况和故障工况，能够自动在二者之间无缝切换而且不需要故障识别和定位等诊断操作，可以通过调整两套三相绕组的电流幅值比和相位偏移实现双三相电机系统故障后不同的优化目标。

技术领域

本发明涉及多相电机控制技术以及容错控制领域，具体是一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法。

背景技术

双三相电机凭借着优异的电气故障容错能力在电气化交通，多电飞机等可靠性要求严苛领域广受欢迎，同时在海上风电等远距离场合(维修困难且成本高)也广受青睐。多相电机驱动系统的故障容错控制一直是研究热点。得益于双三相电机相比传统三相电机的额外自由度，双三相电机驱动系统能够在不改变硬件连接方式下仅仅依靠软件上控制方法的改变从而实现无转矩纹波的故障容错性能。

针对单相开路故障，现有基于矢量控制的双三相电机容错控制系统主要分为如下两大类：1)降阶解耦变换矩阵。健康工况下传统矢量控制通过矢量空间解耦(Vector SpaceDecomposition，VSD)方法将六相物理量映射到两组二维解耦空间，分别为转矩空间和谐波空间。考虑单相开路故障导致相电流数值为零，继续采用原有全阶解耦变换矩阵会导致转矩空间和谐波空间中的电流相互耦合，无法独立调节。采用降阶解耦变换矩阵重新将剩余5相电流映射到相互解耦的二维空间和一维空间从而实现解耦控制。2)改变谐波空间电流参考值。由于故障情况下不同子空间相互耦合，转矩空间电流和谐波空间电流存在内在关联，两者电流闭环控制目标出现冲突。为了保障转矩平稳，第二种方法根据故障相电流为零的约束调整谐波空间电流参考值从而实现容错控制。

上述两种传统容错控制方法都建立在先故障诊断后容错控制的观念，将健康工况和故障工况的控制设计割裂开来，而且容错控制方法的生效往往依靠故障诊断信息。这导致以下两方面问题：一方面传统容错控制方法的有效性依赖于故障诊断的性能，增加系统控制复杂程度，另一方面导致传统容错控制方法无法实现健康，故障两种工况的无缝切换，存在故障诊断延时等固有问题。以不同工况下通用控制方法为目标，如何实现无须故障诊断的被动、自动故障容错控制成为双三相电机驱动系统控制以及广泛工业应用亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，利用双三相电机驱动系统单相开路故障的自愈能力，综合考虑故障时系统自动容错，故障后系统优化，实现健康工况和故障工况下的双三相电机通用控制。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，所述控制系统包括转速控制模块，电流分配器，转矩空间电流控制模块，抗扰模块，第一电压旋转变换模块，谐波空间电流参考值生成模块，谐波空间电流控制模块，第二电压旋转变换模块，电压转换模块，电流转换模块，第一电流旋转变换模块，第二电流旋转变换模块，第一脉宽调制模块，第二脉宽调制模块，第一三相逆变器，第二三相逆变器，编码器，转速计算器，双三相电机。

进一步的，所述转速控制模块的输入为转速参考值和转速计算模块的实际转速计算值，输出为转矩参考值。

所述电流分配器的输入为转矩参考值，输出为转矩空间电流参考值。

所述转速空间电流控制模块的输入为转矩空间电流参考值，转矩空间电流实际值，输出为转矩空间控制电压。

所述抗扰模块的输入为转矩空间电流实际值，转矩空间参考电压，输出为转矩空间补偿电压。