[发明专利]一种非理想正弦反电动势永磁同步电机断相容错控制方法

摘要

本发明涉及一种非理想正弦反电动势永磁同步电机断相容错控制方法，通过对离线采集的永磁同步电机三相反电动势进行坐标变换得到同步旋转坐标系下的单位反电动势，根据单位反电动势和同步旋转坐标系下电磁转矩公式推导单位力矩对应的参考q轴给定电流。电机单相电枢绕组断开时，根据正常与断相条件下电机电磁转矩不变的原则，得到非故障相补偿电流与零轴补偿电流参考值的等效关系，采用零轴电压前馈和电流闭环补偿的方式，补偿断相故障造成的转矩脉动，实现非理想正弦反电动势永磁同步电机在断相故障下的容错控制。

主权项

1.一种非理想正弦反电动势永磁同步电机断相容错控制方法，其特征在于：包括参考q轴电流模块(1)、电流闭环控制模块(2)、坐标变换模块(3)、电压变换模块(4)、PWM模块(5)、四桥臂拓扑模块(6)、电机本体模块(7)和零轴电压控制模块(8)，参考q轴电流模块(1)，用于生成q轴电流的给定值，包含给定转矩模块、三相反电动势模块、坐标变换模块、单位转矩q轴电流模块、离线表模块、q轴给定电流模块，三相反电动势模块是用示波器离线采集的永磁同步电机三相反电动势，根据反电动势中的转速、相位信息将三相反电动势单位化后，由坐标变换模块变换为q轴单位反电动势；离线表根据反电动势的相位存储由单位反电势与转矩公式反推得到的单位转矩q轴电流；q轴给定电流模块根据单位转矩q轴电流、给定转矩、转子实际位置实时输出给定电流；电流闭环控制模块(2)将参考q轴电流模块(1)的输出作为给定，通过坐标变换模块(3)、电压变换模块(4)、PWM模块(5)、四桥臂拓扑模块(6)驱动电机本体模块(7)；电机发生单相断相故障时，四桥臂拓扑模块(6)将电机中性点与第四桥臂连接得到重构的容错控制系统，为保持故障前后电机电磁转矩不变，采用零轴电压控制模块(8)抑制断相造成的电机转矩脉动，通过零轴电流闭环和零轴电压前馈结合的方式产生补偿电压，再由坐标变换模块(3)、电压变换模块(4)转换为逆变器输出端相对于母线电容中点的电压，PWM模块(5)将电压变换模块(4)的输出与载波电压比较得到逆变器开关信号，四桥臂拓扑模块(6)根据PWM模块(5)的输出驱动电机本体模块(7)在故障条件下正常运转；所述采用零轴电压控制模块(8)抑制断相造成的电机转矩脉动，通过零轴电流闭环和零轴电压前馈结合的方式产生补偿电压，保证故障前后电机电磁转矩不变，实现过程如下：假设a相故障，当发生断相后，a相电流为零，四桥臂拓扑模块(6)将第四桥臂逆变器输出端与电机中线连接，零轴电压控制模块(8)的零轴电流闭环和零轴电压前馈根据参考q轴电流模块(1)中的q轴给定电流计算故障后补偿电流值，断相故障后补偿电流计算过程如下：根据故障前后dq0轴与abc三相电流关系确定非故障相补偿电流：其中：i_b^f和i_c^f表示故障后可保持电机电磁转矩不变的非故障相b相与c相电流，i_b^f＝i_b^*+i_b,c，i_c^f＝i_c^*+i_c,c，i_b,c、i_c,c表示b相与c相的补偿电流，i_d^f、i_q^f、i₀^f表示故障后的d轴、q轴、零轴电流；采用i_d^*＝0控制策略时，电磁转矩T_em＝1.5×p×ψ_m×i_q^*仅仅与q轴电流i_q有关，根据i_d^f＝i_d^*，i_q^f＝i_q^*，i₀^*＝0解得非故障相b相与c相的补偿电流：此时，零轴电流：根据故障后的零轴电流计算零轴电压：其中：u₀^f表示故障后零轴电压，L₀表示电机零轴电感；将零轴电压u₀^f输入到坐标变换模块(3)中，以零轴电压前馈的方式补偿断相造成的转矩脉动，但前馈电压的方法不能补偿参数摄动引起的转矩波动，补偿精度较低，不适用于高精度的转矩控制；因此，在零轴电压前馈的基础上引入零轴电流闭环实现非故障相电流的实时跟踪控制，零轴电流闭环模块将零轴电流给定值变换为中线电流给定值，并将中线电流给定值与非故障相电流之和比较得到电流偏差，通过PI控制器实时输出中线补偿电压，实现断相容错控制，b相、c相以此类推。