[发明专利]传感器故障下车用永磁同步电机容错驱动系统及方法

摘要

本发明公开了一种传感器故障下车用永磁同步电机的容错驱动系统，包括控制算法集成模块、容错控制模块、逆变器模块、电流传感器模块、位置传感器模块和永磁同步电机；所述永磁同步电机上设置位置传感器模块；所述控制算法集成模块输出6路PWM信号到逆变器模块，所述逆变器模块输出三相电流信号到永磁同步电机，同时将三相电流信号中的两相电流信号输出到电流传感器模块；所述位置传感器模块将位置信号θ_p输出到容错控制模块；所述电流传感器模块将电流信号i_a和电流信号i_b输出到容错控制模块；所述容错控制模块将交直轴电流信号i_q和i_d与位置信号输出到控制算法集成模块；所述控制算法集成模块(1)将交直轴电压信号U_q和U_d输出到容错控制模块。

主权项

1.传感器故障下车用永磁同步电机的容错驱动系统，包括控制算法集成模块(1)、容错控制模块(2)、逆变器模块(3)、电流传感器模块(4)、位置传感器模块(5)和永磁同步电机(6)；其特征是：所述永磁同步电机(6)上设置位置传感器模块(5)；所述逆变器模块(3)输出三相电流信号到永磁同步电机(6)，同时将三相电流信号中的两相电流信号输出到电流传感器模块(4)；所述控制算法集成模块(1)包括第一减法器(7)、第二减法器(9)、第三减法器(15)、第一PI调节器(8)、第二PI调节器(10)、开环/闭环电压矢量切换模块(11)、IPARK变换模块(12)、空间矢量调制模块(13)和速度计算模块(14)；所述开环/闭环电压矢量切换模块(11)包括直轴电压开环给定模块(20)、交轴电压开环给定模块(18)和电压矢量切换模块(19)；所述的容错控制模块(2)包括有/无电流传感器模块(16)与有/无位置传感器模块(17)；所述的有/无电流传感器模块(16)包括CLARK变换模块(21)、PARK变换模块(22)、相电流算法重构模块(23)和电流切换开关模块(26)；所述有/无位置传感器模块(17)包括基于滑模观测器的转子位置估算模块(24)和位置切换开关模块(25)；所述电流传感器模块(4)将电流信号ia和电流信号ib输出到CLARK变换模块(21)和基于滑模观测器的转子位置估算模块(24)；所述CLARK变换模块(21)接收到电流信号ia和电流信号ib，经运算将电流信号iα和电流信号iβ输出到PARK变换模块(22)；所述PARK变换模块(22)输出直轴电流信号id1和交轴电流信号iq1到电流切换开关模块(26)；所述的相电流算法重构模块(23)接收到直轴电压实际给定信号Ud、交轴电压实际给定信号Uq和位置信息θp后经运算输出直轴电流信号id2和交轴电流信号iq2到电流切换开关模块(26)；所述基于滑模观测器的转子位置估算模块(24)接收到电流信号ia和电流信号ib，并将位置信号θe输出到位置切换开关模块(25)；所述位置传感器模块(5)将位置信号θp输出到相电流算法重构模块(23)和位置切换开关模块(25)；当位置传感器模块(5)正常运作时，位置切换开关模块(25)根据位置信号θ_p经运算得到位置信号当位置传感器模块(5)发生故障时，位置切换开关模块(25)根据位置信号θ_e经运算得到位置信号所述位置切换开关模块(25)分别输出位置信号到IPARK变换模块(12)、速度计算模块(14)和PARK变换模块(22)；所述第一减法器(7)接收给定速度信号ωref和实际速度信号ωr，经运算输出电信号到第一PI调节器(8)；第一PI调节器(8)经运算输出给定交轴电流信号到第二减法器(9)；所述第二减法器(9)接收给定交轴电流信号和实际交轴电流信号i_q，经运算输出电信号到第二PI调节器(10)；所述第三减法器(15)接收给定直轴电流信号和实际直轴电流信号i_d，经运算输出电信号到第二PI调节器(10)；所述第二PI调节器(10)经运算分别输出交轴电压闭环给定信号和直轴电压闭环给定信号到电压矢量切换模块(19)；当电流传感器(4)与位置传感器(5)都正常运作时，采用基于传感器矢量控制子模块进行控制，电压矢量切换模块(19)的输出切换到PI调节器输出的交轴电压闭环给定信号和直轴电压闭环给定信号位置切换开关模块(25)的输出切换到位置传感器模块(5)的输出位置信号θ_p，电流切换开关模块(26)的输出切换到经PARK变换模块(22)运算后输出的直轴电流信号i_d1和交轴电流信号i_q1；当电流传感器(4)发生故障而位置传感器(5)正常运作时，采用基于相电流重构控制子模块进行控制，电压矢量切换模块(19)的输出切换到PI调节器输出的交轴电压闭环给定信号和直轴电压闭环给定信号位置切换开关模块(25)的输出切换到位置传感器模块(5)的输出位置信号θ_p，电流切换开关模块(26)的输出切换到经相电流算法重构模块(23)运算后输出的直轴电流信号i_d2和交轴电流信号i_q2；当电流传感器(4)正常工作而位置传感器(5)发生故障时，采用基于无位置传感器矢量控制子模块进行控制，电压矢量切换模块(19)的输出切换到PI调节器输出的交轴电压闭环给定信号和直轴电压闭环给定信号位置切换开关模块(25)的输出切换到基于滑模观测器的转子位置估算模块(24)输出的位置信号θ_e，电流切换开关模块(26)的输出切换到经PARK变换模块(22)运算后输出的直轴电流信号id1和交轴电流信号i_q1；当电流传感器(4)与位置传感器(5)都发生故障时，采用基于恒压频比V/F控制子模块进行控制，电压矢量切换模块(19)的输出切换到交轴电压开环给定模块(18)输出的电压信号直轴电压开环给定模块(20)输出的电压信号位置切换开关模块(25)和电流切换开关模块(26)此时不输出信号；所述电压矢量切换模块(19)经运算分别输出直轴电压实际给定信号Ud和交轴电压实际给定信号Uq到IPARK变换模块(12)和相电流算法重构模块(23)；所述IPARK变换模块(12)接收到直轴电压实际给定信号Ud和交轴电压实际给定信号Uq后经运算分别输出电压信号Uα和电压信号Uβ到空间矢量调制模块(13)；所述空间矢量调制模块(13)输出6路PWM信号到逆变器模块(3)；速度计算模块(14)输出电机的实际速度信号ωr到第一减法器(7)。