CN102916642A - 永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统及方法 - Google Patents

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魏海峰
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本发明公开了一种永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统及方法，系统包括容错控制器、第一PI调节器、第二PI调节器、Park反变换模块、Clark反变换模块、逆变器、磁链观测切换模块、位置检测模块、速度检测模块和六相永磁同步直线电机；所述容错控制器包括正常内模控制器和故障内模控制器，正常内模控制器由正常控制器和正常标称模型支持向量机组成，故障内模控制器由故障控制器和故障标称模型支持向量机组成。方法包括，当六相永磁同步直线电机无故障时，由磁链观测切换模块选择正常标称模型支持向量机和正常控制器，当六相永磁同步直线电机出现单相开路故障时，由磁链观测切换模块选择故障标称模型支持向量机和故障控制器。

Description

永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种六相永磁同步直线电机，尤其涉及六相永磁同步直线电机的定子绕组单相开路故障情况的容错控制系统及方法，可用于高可靠性的电力传动。
背景技术
六相永磁同步直线电机拥有低压大功率、谐波损耗小等诸多优点，具有很好的应用前景，尤其适应于军舰及潜艇推进、宇航推进、电动汽车驱动、电力机车牵引等重要领域。
六相永磁同步直线电机定子相数多于3相，当发生定子绕组单相开路故障时，可采用容错控制策略，设计相应的控制器，实现无扰运行，并获得较为平稳的电磁推力。
内模控制具有调节性能好、鲁棒性强以及能消除不可测干扰的影响等特点，已经在电机控制领域获得了广泛的应用，利用支持向量机逼近系统的标称模型，构成支持向量机内模控制，从而获得高性能控制效果。目前，尚未见有将支持向量机内模控制用于六相永磁同步直线电机的文献报道。
发明内容
发明目的：针对六相永磁同步直线电机定子绕组单相开路故障，提出一种永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统及方法，提高电机控制的可靠性。
技术方案：一种永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统，包括容错控制器、第一PI调节器、第二PI调节器、Park反变换模块、Clark反变换模块、逆变器、磁链观测切换模块、位置检测模块、速度检测模块和六相永磁同步直线电机；所述容错控制器包括正常内模控制器和故障内模控制器，正常内模控制器由正常控制器和正常标称模型支持向量机组成，故障内模控制器由故障控制器和故障标称模型支持向量机组成；
所述容错控制器的输出端分别接第一PI调节器和第二PI调节器；所述第一PI调节器和第二PI调节器的输出端与Park反变换模块的输入端连接；所述Park反变换模块、Clark反变换模块和逆变器依次串联；所述逆变器的输出端分别接Clark变换模块和六相永磁同步直线电机；所述Clark变换模块的输出端接Park变换模块，Park变换模块的输出端分别接第一PI调节器和第二PI调节器的输入端；所述六相永磁同步直线电机的输出端分别接位置检测模块和速度检测模块，位置检测模块的输出端分别接Park反变换模块和Park变换模块，速度检测模块的输出端接容错控制器；所述磁链观测切换模块的输入端接Clark反变换模块的输出端，磁链观测切换模块的输出端接容错控制器。
永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统，由定子磁链控制回路和速度控制回路组成；所述速度检测模块检测并反馈六相永磁同步直线电机的速度n，与设定速度n*比较构成速度控制回路；
所述位置检测模块检测并反馈六相永磁同步直线电机的动子位置；磁链观测切换模块输出故障信息给容错控制器，选择相应的内模控制器；磁链观测切换模块观测电机定子磁链ψs，与设定定子磁链
Figure BDA00002372428200021
比较构成定子磁链控制回路。
一种永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制方法，当六相永磁同步直线电机无故障时，由磁链观测切换模块选择正常标称模型支持向量机和正常控制器，将设定速度n*与速度检测模块反馈速度n的偏差以及设定定子磁链
Figure BDA00002372428200022
与磁链观测切换模块观测并反馈定子磁链ψs的偏差作为正常内模控制器的输入信号，正常内模控制器的输出为设定定子q轴电流iqref和设定定子d轴电流idref，与电机实际电流iq、id比较后通过PI调节器计算，其输出量经Park反变换、Clark反变换产生PWM控制逆变器，产生可变频率和幅值的电流输入电机定子，驱动电机获得正常运行；
当六相永磁同步直线电机出现单相开路故障时，由磁链观测切换模块选择故障标称模型支持向量机和故障控制器，将设定速度与速度检测模块反馈速度的偏差以及设定定子磁链
Figure BDA00002372428200023
与磁链观测切换模块观测并反馈定子磁链ψs的偏差作为故障内模控制器的输入信号，故障内模控制器的输出为设定定子q轴电流iqref和设定定子d轴电流idref，与电机实际电流iq、id比较后通过PI调节器计算，其输出量经Park反变换、Clark反变换产生PWM控制逆变器，产生可变频率和幅值的电流输入电机定子，驱动电机获得容错控制。
本发明的有益效果是：
1、采用支持向量机分别获取电机正常和故障状态标称模型，采用内模控制方法，鲁棒性强。
2、本发明无需增添新的硬件即可实现电机的容错运行，硬件成本低。
附图说明
图1为本发明实施例的六相永磁同步直线电机控制系统驱动部分结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统，包括容错控制器8、PI调节器5、PI调节器6、Park反变换模块4、Clark反变换模块3、逆变器2、磁链观测切换模块7、位置检测模块11、速度检测模块12和六相永磁同步直线电机1；容错控制器8包括正常内模控制器81和故障内模控制器82，正常内模控制器81由正常控制器811和正常标称模型支持向量机812组成，故障内模控制器82由故障控制器821和故障标称模型支持向量机822组成；
容错控制器8的输出端分别接PI调节器5和PI调节器6；PI调节器5和PI调节器6的输出端与Park反变换模块4的输入端连接；Park反变换模块4、Clark反变换模块3和逆变器2依次串联；逆变器2的输出端分别接Clark变换模块10和六相永磁同步直线电机1；Clark变换模块10的输出端接Park变换模块9，Park变换模块9的输出端分别接PI调节器5和PI调节器6的输入端；六相永磁同步直线电机1的输出端分别接位置检测模块11和速度检测模块12，位置检测模块11的输出端分别接Park反变换模块4和Park变换模块9，速度检测模块12的输出端接容错控制器8；磁链观测切换模块7的输入端接Clark反变换模块3的输出端，磁链观测切换模块7的输出端接容错控制器8。
永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统，由定子磁链控制回路和速度控制回路组成；速度检测模块检测12并反馈六相永磁同步直线电机1的速度n，与设定速度n*比较构成速度控制回路；
位置检测模块11检测并反馈六相永磁同步直线电机1的动子位置；磁链观测切换模块7输出故障信息给容错控制器8，选择相应的内模控制器；磁链观测切换模块7观测电机定子磁链ψs，与设定定子磁链
Figure BDA00002372428200041
比较构成定子磁链控制回路。
将电机各相定子电流依次经Clark变换10、Park变换9，得到iq、id，分别与iqref、idref比较，再分别通过PI调节器5、PI调节器6计算后进行Park反变换模块4、Clark反变换模块3，产生PWM信号控制逆变器2，驱动六相永磁同步直线电机1工作。
以六相永磁同步直线电机1的A相开路故障为例，详细说明本发明的控制方法的实施：
步骤1：在常规PI控制的充分激励条件，采集六相永磁同步直线电机1正常运行时的输入输出数据，训练获得正常标称模型支持向量机812，采集六相永磁同步直线电机1的A相开路故障下的输入输出数据，训练逼近获得故障标称模型支持向量机822。
步骤2：由PI调节器5和PI调节器6、Park反变换模块4、Clark反变换模块3以及逆变器2串联，接在六相永磁同步直线电机1之前。设计磁链观测切换模块7，并将速度检测模块12和位置检测模块11与六相永磁同步直线电机1相连，将电机各相电流输入Clark变换模块10、Park变换模块9，利用线性系统理论设计得到PI调节器5及PI调节器6。
步骤3：当六相永磁同步直线电机1无故障时，由磁链观测切换模块7选择容错控制器8中的正常内模控制器81，内模控制器81的输出作为设定定子q轴电流iqref和设定定子d轴电流idref。将设定速度n*与速度检测模块12反馈的速度n的偏差和设定磁链
Figure BDA00002372428200042
与磁链观测切换模块7观测并反馈的定子磁链ψs的偏差作为容错控制器8的输入。将六相永磁同步直线电机1各相定子电流依次经Clark变换模块10、Park变换模块9，得到iq、id，分别与iqref、idref比较，再分别通过PI调节器6、PI调节器5计算后进行Park反变换模块4、Clark反变换模块3，产生PWM信号控制逆变器2，驱动六相永磁同步直线电机1正常运行工作。
步骤4：当六相永磁同步直线电机1出现A相开路故障时，由磁链观测切换模块7检测开路故障，并选择容错控制器8中的故障内模控制器82，内模控制器82的输出作为设定定子q轴电流iqref和设定定子d轴电流idref。将设定速度n*与速度检测模块12反馈的速度n的偏差和设定磁链
Figure BDA00002372428200051
与磁链观测切换模块7观测并反馈的定子磁链ψs的偏差作为容错控制器8的输入。将六相永磁同步直线电机1各相定子电流依次经Clark变换模块10、Park变换模块9，得到iq、id，分别与iqref、idref比较，再分别通过PI调节器5、PI调节器6计算后进行Park反变换4、Clark反变换3，产生PWM信号控制逆变器2，驱动六相永磁同步直线电机1容错控制运行。

Claims (3)

1.一种永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统，其特征在于：包括容错控制器、第一PI调节器、第二PI调节器、Park反变换模块、Clark反变换模块、逆变器、磁链观测切换模块、位置检测模块、速度检测模块和六相永磁同步直线电机；所述容错控制器包括正常内模控制器和故障内模控制器，正常内模控制器由正常控制器和正常标称模型支持向量机组成，故障内模控制器由故障控制器和故障标称模型支持向量机组成；
所述容错控制器的输出端分别接第一PI调节器和第二PI调节器；所述第一PI调节器和第二PI调节器的输出端与Park反变换模块的输入端连接；所述Park反变换模块、Clark反变换模块和逆变器依次串联；所述逆变器的输出端分别接Clark变换模块和六相永磁同步直线电机；所述Clark变换模块的输出端接Park变换模块，Park变换模块的输出端分别接第一PI调节器和第二PI调节器的输入端；所述六相永磁同步直线电机的输出端分别接位置检测模块和速度检测模块，位置检测模块的输出端分别接Park反变换模块和Park变换模块，速度检测模块的输出端接容错控制器；所述磁链观测切换模块的输入端接Clark反变换模块的输出端，磁链观测切换模块的输出端接容错控制器。
2.如权利要求1所述的永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制系统，其特征在于：控制系统由定子磁链控制回路和速度控制回路组成；所述速度检测模块检测并反馈六相永磁同步直线电机的速度n，与设定速度n*比较构成速度控制回路；
所述位置检测模块检测并反馈六相永磁同步直线电机的动子位置；磁链观测切换模块输出故障信息给容错控制器，选择相应的内模控制器；磁链观测切换模块观测电机定子磁链ψs，与设定定子磁链
Figure FDA00002372428100011
比较构成定子磁链控制回路。
3.一种永磁同步直线电机支持向量机内模容错控制方法，其特征在于：
当六相永磁同步直线电机无故障时，由磁链观测切换模块选择正常标称模型支持向量机和正常控制器，将设定速度n*与速度检测模块反馈速度的偏差以及设定定子磁链
Figure FDA00002372428100012
与磁链观测切换模块观测并反馈定子磁链ψs的偏差作为正常内模控制器的输入信号，正常内模控制器的输出为设定定子q轴电流iqref和设定定子d轴电流idref，与电机实际电流iq、id比较后通过PI调节器计算，其输出量经Park反变换、Clark反变换产生PWM控制逆变器，产生可变频率和幅值的电流输入电机定子，驱动电机获得正常运行；
当六相永磁同步直线电机出现单相开路故障时，由磁链观测切换模块选择故障标称模型支持向量机和故障控制器，将设定速度与速度检测模块反馈速度的偏差以及设定定子磁链
Figure FDA00002372428100021
与磁链观测切换模块观测并反馈定子磁链ψs的偏差作为故障内模控制器的输入信号，故障内模控制器的输出为设定定子q轴电流iqref和设定定子d轴电流idref，与电机实际电流iq、id比较后通过PI调节器计算，其输出量经Park反变换、Clark反变换产生PWM控制逆变器，产生可变频率和幅值的电流输入电机定子，驱动电机获得容错控制。
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