CN103929108A - 一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法及其系统，任一三相永磁容错电机的容错控制方法包括如下步骤：获得给定转矩；获得直轴电流给定值和交轴电流给定值；对所述直轴电流给定值和交轴电流给定值通过变换后得到正常状态下的各相绕组电流给定值；检测三相永磁容错电机各相绕组实际电流；判断任一相绕组是否发生短路或开路故障，是则利用故障状态下的给定电流计算公式得出故障状态下的各相绕组电流给定值，将故障状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号；本发明能够合理有效分配转矩，使得系统故障时能维持运行。

Description

一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及永磁容错电机控制领域，具体为一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法及其系统。

背景技术

单电机容错系统虽然克服了可靠性要求较高领域应用中的大多数问题，但是对于非备份式容错系统，一台电机完全失效也应该列入考虑范围。控制器和反馈系统的冗余对于提高系统可靠性也具有有益效果，而目前国内都仅研究了单台永磁容错电机(FTPMM)的设计及容错控制，没有对于电源失效、控制器故障和反馈系统故障等问题进行研究。澳大利亚Adelaide大学的Nesimi博士在2001年提出了双余度永磁容错电机(FTPMM)系统的拓扑结构，将两个相同的永磁容错电机(FTPMM)共轴连接，每个电机采用独立的供电电源、控制器和反馈系统，既可独立的工作，也可同轴驱动负载，即使其中一个电机模块完全失效，另一个电机模块也能够继续工作，当出现电源失效、控制器故障、反馈系统故障等严重故障时也不至于使整个系统完全瘫痪。较单台容错控制系统而言，虽然双余度控制系统提高了系统可靠性，但增加了电机制造成本，降低了空间利用率。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种能够合理有效分配转矩，使得系统故障时能维持运行，具有良好的动态和静态性能的双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法及其系统。

本发明的技术手段如下：

一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法，应用于由两个独立的三相永磁容错电机构成的双余度结构，每一三相永磁容错电机连接一三相H桥逆变器，任一三相永磁容错电机的容错控制方法包括如下步骤：

步骤1：将三相永磁容错电机的实际转速与给定转速进行比较，对比较信号进行PI调节后获得给定转矩，执行步骤2；

步骤2：根据给定转矩获得直轴电流给定值和交轴电流给定值，执行步骤3；

步骤3：对所述直轴电流给定值和交轴电流给定值通过2r/2s变换和2s/3s变换后得到正常状态下的各相绕组电流给定值，执行步骤4；

步骤4：检测三相永磁容错电机各相绕组实际电流，执行步骤5；

步骤5：判断任一相绕组是否发生短路或开路故障，是则执行步骤6，否则执行步骤8；

步骤6：根据各相绕组发生短路或开路故障的判断结果，利用故障状态下的给定电流计算公式得出故障状态下的各相绕组电流给定值，所述故障状态下的给定电流计算公式为：

$i_a^{*}=i_a-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3+K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3-K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_b^{*}=i_b-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3+K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3-K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_c^{*}=i_c-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3+K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3-K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$ $i_{a0}^{*}=i_{a0}+K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3-K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3+K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3-K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3+K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3-K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3;$

设定双绕组为A、B、C三相绕组和A0、B0、C0三相绕组，式中i_a*、i_b*、i_c*、i_a0*、i_b0*、i_c0*分别对应为故障状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_a、i_b、i_c、i_a0、i_b0、i_c0分别对应为正常状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_sa、i_sb、i_sc、i_sa0、i_sb0、i_sc0分别表示A、B、C、A0、B0和C0相绕组的短路电流；K_oa、K_ob、K_oc、K_oa0、K_ob0、K_oc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生开路故障时的设定系数；K_sa、K_sb、K_sc、K_sa0、K_sb0、K_sc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生短路故障时的设定系数；执行步骤7；

步骤7：将故障状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号，执行步骤9；

步骤8：将正常状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号，执行步骤9；

步骤9：按照得到的三相H桥逆变器控制信号控制三相永磁容错电机运行；

进一步地，所述步骤2具体为：

设定直轴电流给定值为零，根据公式获得交轴电流给定值，其中ψ_f为转子磁链、n_p为磁极对数、T_e为电磁转矩、i_qref为交轴电流给定值。

一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制系统，应用于由两个独立的三相永磁容错电机构成的双余度结构，每一三相永磁容错电机连接一三相H桥逆变器，包括两个结构相同的分别对应一三相永磁容错电机的容错控制系统；

任一所述容错控制系统包括：

获得三相永磁容错电机实际转速的转速获取单元；

连接转速获取单元，将所述三相永磁容错电机实际转速与给定转速进行比较，以及对比较信号进行PI调节后获得给定转矩的速度环PI调节器；

连接速度环PI调节器，用于根据所述给定转矩获得直轴电流给定值和交轴电流给定值的第一获取单元；

用于检测三相永磁容错电机各相绕组实际电流的电流检测单元；

连接第一获取单元，用于对所述直轴电流给定值和交轴电流给定值通过2r/2s变换和2s/3s变换后得到正常状态下的各相绕组电流给定值的第一变换单元；

连接电流检测单元，用于根据三相永磁容错电机的各相绕组电流变化判断任一相绕组是否发生短路或开路故障的故障判断单元；

连接故障判断单元和第一变换单元，用于根据各相绕组发生短路或开路故障的判断结果，利用故障状态下的给定电流计算公式得出故障状态下的各相绕组电流给定值，所述故障状态下的给定电流计算公式为：

$i_a^{*}=i_a-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3+K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3-K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_b^{*}=i_b-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3+K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3-K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_c^{*}=i_c-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3+K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3-K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{a0}^{*}=i_{a0}+K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3-K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3+K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3-K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3+K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3-K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3;$

设定双绕组为A、B、C三相绕组和A0、B0、C0三相绕组，式中i_a*、i_b*、i_c*、i_a0*、i_b0*、i_c0*分别对应为故障状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_a、i_b、i_c、i_a0、i_b0、i_c0分别对应为正常状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_sa、i_sb、i_sc、i_sa0、i_sb0、i_sc0分别表示A、B、C、A0、B0和C0相绕组的短路电流；K_oa、K_ob、K_oc、K_oa0、K_ob0、K_oc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生开路故障时的设定系数；K_sa、K_sb、K_sc、K_sa0、K_sb0、K_sc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生短路故障时的设定系数；

连接电流检测单元、第一变换单元和第二获取单元，用于将正常状态下或故障状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号的滞环比较器；

所述三相H桥逆变器与所述滞环比较器相连接，用于按照所述三相H桥逆变器控制信号控制与三相H桥逆变器对应连接的永磁容错电机运行；

进一步地，所述转速获取单元包括：

用于检测三相永磁容错电机位置的位置检测单元；

和连接位置检测单元，根据三相永磁容错电机位置计算实际转速的速度计算单元。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法及其系统，能够合理有效分配转矩，使得系统故障时能维持运行，系统具有良好的动态和静态性能，所提出的容错控制方法能够利用正常相输出有效转矩，维持转矩平衡，维持转速稳定，在诸如航空航天、电动汽车、船舶以及医疗等对安全性要求较高的领域有应用前景。

附图说明

图1是本发明所述容错控制方法的流程图；

图2是本发明所述容错控制系统的结构框图；

图3是本发明所述双绕组三相永磁容错电机的结构示意图；

图4是本发明所述双绕组三相永磁容错电机正常运行状态下的电流矢量示意图；

图5是本发明所述双绕组三相永磁容错电机当发生A相绕组开路故障时进行容错控制之后的电流矢量示意图；

图6是本发明所述双绕组三相永磁容错电机当发生A相绕组短路故障时进行容错控制之后的电流矢量示意图；

图7是本发明所述三相H桥逆变器的结构示意图；

图8是永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然开路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的转矩波形；

图9-a是永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然开路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的A、B和C相绕组的电流波形；

图9-b是永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然开路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的A0、B0和C0相绕组的电流波形；

图10是永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然短路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的转矩波形；

图11-a是永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然短路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的A、B和C相绕组的电流波形；

图11-b是永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然短路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的A0、B0和C0相绕组的电流波形；

图12是永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然短路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的转速波形。

具体实施方式

如图1所示的一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法，应用于由两个独立的三相永磁容错电机构成的双余度结构，所述两个独立的三相永磁容错电机置于一个电机壳体内，每一三相永磁容错电机连接一三相H桥逆变器，任一三相永磁容错电机的容错控制方法包括如下步骤：

步骤1：将三相永磁容错电机的实际转速与给定转速进行比较，对比较信号进行PI调节后获得给定转矩，执行步骤2；

步骤2：根据给定转矩获得直轴电流给定值和交轴电流给定值，执行步骤3；

步骤3：对所述直轴电流给定值和交轴电流给定值通过2r/2s变换和2s/3s变换后得到正常状态下的各相绕组电流给定值，执行步骤4；

步骤4：检测三相永磁容错电机各相绕组实际电流，执行步骤5；

步骤5：判断任一相绕组是否发生短路或开路故障，是则执行步骤6，否则执行步骤8；

步骤6：根据各相绕组发生短路或开路故障的判断结果，利用故障状态下的给定电流计算公式得出故障状态下的各相绕组电流给定值，所述故障状态下的给定电流计算公式为：

$i_a^{*}=i_a-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3+K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3-K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

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$i_c^{*}=i_c-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3+K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3-K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{a0}^{*}=i_{a0}+K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3-K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3+K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3-K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3+K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3-K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3;$

设定双绕组为A、B、C三相绕组和A0、B0、C0三相绕组，式中i_a*、i_b*、i_c*、i_a0*、i_b0*、i_c0*分别对应为故障状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_a、i_b、i_c、i_a0、i_b0、i_c0分别对应为正常状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_sa、i_sb、i_sc、i_sa0、i_sb0、i_sc0分别表示A、B、C、A0、B0和C0相绕组的短路电流；K_oa、K_ob、K_oc、K_oa0、K_ob0、K_oc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生开路故障时的设定系数；K_sa、K_sb、K_sc、K_sa0、K_sb0、K_sc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生短路故障时的设定系数；执行步骤7；

步骤7：将故障状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号，执行步骤9；

步骤8：将正常状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号，执行步骤9；

步骤9：按照得到的三相H桥逆变器控制信号控制三相永磁容错电机运行；

进一步地，所述步骤2具体为：

设定直轴电流给定值为零，根据公式获得交轴电流给定值，其中ψ_f为转子磁链、n_p为磁极对数、T_e为电磁转矩、i_qref为交轴电流给定值。

如图2所示的一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制系统，应用于由两个独立的三相永磁容错电机构成的双余度结构，每一三相永磁容错电机连接一三相H桥逆变器，包括两个结构相同的分别对应一三相永磁容错电机的容错控制系统；任一所述容错控制系统包括：获得三相永磁容错电机实际转速的转速获取单元；连接转速获取单元，将所述三相永磁容错电机实际转速与给定转速进行比较，以及对比较信号进行PI调节后获得给定转矩的速度环PI调节器；连接速度环PI调节器，用于根据所述给定转矩获得直轴电流给定值和交轴电流给定值的第一获取单元；用于检测三相永磁容错电机各相绕组实际电流的电流检测单元；连接第一获取单元，用于对所述直轴电流给定值和交轴电流给定值通过2r/2s变换和2s/3s变换后得到正常状态下的各相绕组电流给定值的第一变换单元；连接电流检测单元，用于根据三相永磁容错电机的各相绕组电流变化判断任一相绕组是否发生短路或开路故障的故障判断单元；连接故障判断单元和第一变换单元，用于根据各相绕组发生短路或开路故障的判断结果，利用故障状态下的给定电流计算公式得出故障状态下的各相绕组电流给定值，所述故障状态下的给定电流计算公式为：

$i_a^{*}=i_a-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3+K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3-K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_b^{*}=i_b-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3+K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3-K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_c^{*}=i_c-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3+K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3-K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{a0}^{*}=i_{a0}+K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3-K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3+K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3-K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3+K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3-K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3;$

设定双绕组为A、B、C三相绕组和A0、B0、C0三相绕组，式中i_a*、i_b*、i_c*、i_a0*、i_b0*、i_c0*分别对应为故障状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_a、i_b、i_c、i_a0、i_b0、i_c0分别对应为正常状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_sa、i_sb、i_sc、i_sa0、i_sb0、i_sc0分别表示A、B、C、A0、B0和C0相绕组的短路电流；K_oa、K_ob、K_oc、K_oa0、K_ob0、K_oc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生开路故障时的设定系数；K_sa、K_sb、K_sc、K_sa0、K_sb0、K_sc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生短路故障时的设定系数；连接电流检测单元、第一变换单元和第二获取单元，用于将正常状态下或故障状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号的滞环比较器；所述三相H桥逆变器与所述滞环比较器相连接，用于按照所述三相H桥逆变器控制信号控制与三相H桥逆变器对应连接的永磁容错电机运行；进一步地，所述转速获取单元包括：用于检测三相永磁容错电机位置的位置检测单元；和连接位置检测单元，根据三相永磁容错电机位置计算实际转速的速度计算单元。

图3示出了本发明所述双绕组三相永磁容错电机的结构示意图，参考图3所示，其为三相八极双绕组容错电机，其中A、B、C三相绕组为第一套绕组，A0、B0、C0三相绕组为第二套绕组，由于双绕组永磁容错电机结构完全对称，故A、B、C三相绕组的控制方式和A0、B0、C0三相绕组的控制方式相同，所述双绕组三相永磁容错电机采用单层集中绕组、表贴式转子磁钢结构、特殊槽口设计和单向绕组全桥控制，可以实现相绕组之间的物理隔离、热隔离、磁隔离、电气隔离以及抑制短路电流；当将三相永磁容错电机的实际转速与给定转速进行比较，对比较信号进行PI调节后获得给定转矩之后，由于采用直轴电流给定信号i_dref＝0控制，此时电磁转矩其中ψ_f为转子磁链、n_p为磁极对数、i_qref为交轴电流给定值，当双绕组永磁容错电机制造完成后，ψ_f和n_p为常数，即电磁转矩T_e与交轴电流给定值i_qref成正比，采用按转子磁链定向并使i_dref＝0时的容错控制方法很简单，只要准确地检测出转子d轴的空间位置，控制三相H桥逆变器使三相定子的合成电流(或磁动势)矢量位于q轴上，通过控制交流电流给定值i_qref，可以控制电机输出的电磁转矩。

当将本发明所述容错控制方法或容错控制系统应用于双绕组三相永磁容错电机的控制中时，转矩脉动将有效减小，电流分配也更加合理，如表1所示，其中“无”表示未采用本发明所述容错控制方法或容错控制系统，“有”表示采用了本发明所述容错控制方法或容错控制系统，“正常”表示各相绕组均未发生开路故障或短路故障，“A开”表示A相绕组发生开路故障，“A短”表示A相绕组发生短路故障，“AA0开”表示A相绕组和A0相绕组均发生开路故障，“AB0开”表示A相绕组和B0相绕组均发生开路故障，“AC开”表示A相绕组和C相绕组均发生开路故障，“ABA0开”表示A相绕组、B相绕组和A0相绕组均发生开路故障，“ABC开”表示A相绕组、B相绕组和C相绕组均发生开路故障，“ABC0开”表示A相绕组、B相绕组和C0相绕组均发生开路故障。

表1.采用本发明所述容错控制方法的系统与未采用本发明所述容错控制方法的系统的转矩脉动值、各相绕组电流有效值以正常运行时的电流有效值为基值的仿真数据对比。

根据研究统计数据表明，定子绕组开路故障和短路故障是比较常出现的故障，通过本发明所述容错控制方式对定子绕组开路和短路故障状态下的电流矢量进行分析，根据矢量运算法则，可将复杂故障分解为简单故障叠加，再通过矢量分配，将故障相的作用抵消或补充上，使有故障下的容错控制效果和无故障下的结果基本一致，保证整个系统可以继续稳定地正常运行，有效地提高了电力传动系统的可靠性，本发明适用于对可靠性和安全性要求高的航空航天、船舶和军事等场合的电力推进以及电力作动系统。

传统的矢量控制是建立在对称系统的基础上，当系统正常运行时三相系统对称运行，如图4所示，i_a、i_b、i_c、i_a0、i_b0、i_c0分别对应为正常状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值，e_a、e_b、e_c、e_a0、e_b0、e_c0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组的反电动势，由于A、B、C三相互差120°电角度，A与A0、B与B0、C与C0同相，因而反电动势存在以下关系：

e_a+e_b+e_c＝0

e_a0+e_b0+e_c0＝0

e_a＝e_a0

e_b＝e_b0

e_c＝e_c0

当电机无故障并通入三相对称交流电时，电磁转矩可以表示为：

$T_e=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_m}(e_a{i}_a+e_b{i}_b+e_c{i}_c+e_{a0}{i}_{a0}+e_{b0}{i}_{b0}+e_{c0}{i}_{c0})=T_0$

其中T_e为电磁转矩、ω_m为机械转速，通过三相永磁容错电机的实际转速变换得到、T₀为常数，表示计算电磁转矩T_e的计算结果，当系统出现故障时，则由对称状态变为不对称状态，此时将产生转矩脉动，为了使矢量控制在故障时也能适用，需要使故障时的不对称运行状态通过矢量的分解叠加变为对称状态。

以一相开路故障为例分析，如图5所示，A相绕组开路后，电磁转矩 $T_e=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_m}(0+e_b{i}_b+e_c{i}_c+e_{a0}{i}_{a0}+e_{b0}{i}_{b0}+e_{c0}{i}_{c0}),$ 若仍然按照正常情况下的矢量控制计算各相给定电流，则A相绕组给定电流的作用不能得以补充，此时会产生较大的转矩脉动，故可将A相绕组的给定电流分为3份，由其余5相通过叠加合成A相电流的作用：1份由B、C相合成，由于A、B、C三相互差120°，仅需在B、C相原给定的基础上减去1/3倍的A相给定电流即可；1份由B0、C0相合成，由于A、B0、C0也互差120°，也只需在B0、C0相原给定的基础上减去1/3倍的A相给定电流即可；1份由A0承担，由于A和A0同相，在原A0相给定电流的基础上加上1/3倍A相的给定电流即可，此时其余5相的电流给定为：

$i_a^{*}=i_a$

$i_b^{*}=i_b-i_a/3$

$i_c^{*}=i_c-i_a/3$

$i_{a0}^{*}=i_{a0}+i_a/3$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-i_a/3$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-i_a/3$

上式能够直接通过本发明所述故障状态下的给定电流计算公式得出，所述故障状态下的给定电流计算公式为：

$i_a^{*}=i_a-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3+K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3-K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_b^{*}=i_b-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3+K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3-K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_c^{*}=i_c-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3+K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3-K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{a0}^{*}=i_{a0}+K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3-K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3+K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3-K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3+K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3-K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3;$

设定双绕组为A、B、C三相绕组和A0、B0、C0三相绕组，式中i_a*、i_b*、i_c*、i_a0*、i_b0*、i_c0*分别对应为故障状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_a、i_b、i_c、i_a0、i_b0、i_c0分别对应为正常状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_sa、i_sb、i_sc、i_sa0、i_sb0、i_sc0分别表示A、B、C、A0、B0和C0相绕组的短路电流；K_oa、K_ob、K_oc、K_oa0、K_ob0、K_oc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生开路故障时的设定系数；当A、B、C、A0、B0或C0相绕组中的任一相绕组发生开路故障时，该绕组对应的发生开路故障时的设定系数取值为1，以及对应的发生短路故障时的设定系数取值为0，其余相绕组对应的设定系数取值为0；如上述实施例设定为A相绕组开路，即K_oa取值为1，K_sa取值为0，K_ob、K_sb、K_oc、K_sc、K_oa0、K_sa0、K_ob0、K_sb0、K_oc0、K_sc0均取值为0。

由此，结合反电动势之间的关系，

$\begin{array}{c}{T}_e=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_m}(0+e_b{i}_b^{*}+e_c{i}_c^{*}+e_{a0}{i}_{a0}^{*}+e_{b0}{i}_{b0}^{*}+e_{c0}{i}_{c0}^{*})\\ =\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_m}[0+e_b(i_b-i_a/3)+e_c(i_c-i_a/3)+e_{a0}(i_{a0}+i_a/3)+e_{b0}(i_{b0}-i_a/3)+e_{c0}(e_{c0}-i_a/3)]\\ =\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_m}(e_a{i}_a+e_b{i}_b+e_c{i}_c+e_{a0}{i}_{a0}+e_{b0}{i}_{b0}+e_{c0}{i}_{c0})\\ =T_0\end{array}$

A相电流的作用由其余5相分担，原不对称的系统由于故障相的作用在其余5相上得以实现，而使得系统恢复对称状态，由此无故障时的矢量控制技术又能适用，而且也实现了开路容错控制，由于矢量加减法具有叠加性，使得此容错控制方法具有了叠加性，可以把复杂故障分解为简单故障的叠加。

以一相短路故障为例分析，如图6所示，此时，电磁转矩 $T_e=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_m}(e_a{i}_{\mathrm{short}}+e_b{i}_b+e_c{i}_c+e_{a0}{i}_{a0}+e_{b0}{i}_{b0}+e_{c0}{i}_{c0}),$ 其余5相不仅要将A相的作用补充上，还需要将A相短路电流的作用抵消掉，系统才能维持平衡，要将A相电流补充上，同开路故障一样，需要将A相的给定电流分配到剩余5相，其分配与开路故障相同，A相短路电流在三相H桥逆变器短路故障时通过测量获得，在其余情况下可以通过转子位置和转速估算短路电流，将A相短路电流作用抵消，可以利用其余5相产生一个与A相短路作用相反的电流。将A相绕组的短路电流取反并分为3份，由其余5相通过叠加合成其作用：1份由B、C相合成，由于A、B、C三相互差120°，仅需在B、C相原来给定的基础上加上1/3倍的A相短路电流即可；1份由B0、C0相合成，由于A、B0、C0也互差120°，也只需在B0、C0相原给定的基础上加上1/3倍的A相短路电流即可；1份由A0承担，由于A和A0同相，在原A0相给定电流的基础上减去1/3倍A相的短路电流即可，其中i_short表示A相的短路电流，此时其余5相的电流给定为：

$i_a^{*}=i_a$

$i_b^{*}=i_b-i_a/3+i_{\mathrm{short}}/3$ $i_c^{*}=i_c-i_a/3+i_{\mathrm{short}}/3$

$i_{a0}^{*}=i_{a0}+i_a/3-i_{\mathrm{short}}/3$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-i_a/3+i_{\mathrm{short}}/3$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-i_a/3+i_{\mathrm{short}}/3$

上式能够直接通过本发明所述故障状态下的给定电流计算公式得出，所述故障状态下的给定电流计算公式为：

$i_a^{*}=i_a-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3+K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3-K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_b^{*}=i_b-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3+K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3-K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_c^{*}=i_c-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3+K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3-K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{a0}^{*}=i_{a0}+K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3-K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3+K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3-K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3+K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3-K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3;$

设定双绕组为A、B、C三相绕组和A0、B0、C0三相绕组，式中i_a*、i_b*、i_c*、i_a0*、i_b0*、i_c0*分别对应为故障状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_a、i_b、i_c、i_a0、i_b0、i_c0分别对应为正常状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_sa、i_sb、i_sc、i_sa0、i_sb0、i_sc0分别表示A、B、C、A0、B0和C0相绕组的短路电流；K_sa、K_sb、K_sc、K_sa0、K_sb0、K_sc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生短路故障时的设定系数；当A、B、C、A0、B0或C0相绕组中的任一相绕组发生短路故障时，该绕组对应的发生短路故障时的设定系数取值为1，以及对应的发生开路故障时的设定系数取值为1，其余相绕组对应的设定系数取值为0，上述实施例设定为A相绕组短路，即K_oa取值为1、K_sa取值为1、K_ob、K_sb、K_oc、K_sc、K_oa0、K_sa0、K_ob0、K_sb0、K_oc0、K_sc0均取值为0。

电磁转矩为：

$\begin{array}{c}{T}_e=\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_m}(e_a{i}_{\mathrm{short}}+e_b{i}_b^{*}+e_c{i}_c^{*}+e_{a0}{i}_{a0}^{*}+e_{b0}{i}_{b0}^{*}+e_{c0}{i}_{c0}^{*})\\ =\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_m}[e_a{i}_{\mathrm{short}}+e_b(i_b-i_a/3+i_{\mathrm{short}}/3)+e_c(i_c-i_a/3+i_{\mathrm{short}}/3)+e_{a0}(i_{a0}+i_a/3-i_{\mathrm{short}}/3)+e_{b0}(i_{b0}-i_a/3+i_{\mathrm{short}}/3)+e_{c0}(e_{c0}-i_a/3+i_{\mathrm{short}}/3)]\\ =\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_m}(e_a{i}_a+e_b{i}_b+e_c{i}_c+e_{a0}{i}_{a0}+e_{b0}{i}_{b0}+e_{c0}{i}_{c0})\\ =T_0\end{array}$

由此，A相短路电流的作用由其余5相抵消，再通过开路补偿，原不对称的系统又恢复对称状态，容错控制系统在短路故障时也能适用。与开路故障相同，短路容错控制方法也具有了叠加性。

实际应用时可以利用Simplorer9.0搭建电机主电路与控制电路，仿真验证所设计电机的动态性能，同时验证容错控制策略，如图7所示，搭建的电机绕组与三相H桥逆变器之间的接线图，电机每相绕组采用独立H桥供电，三相H桥与星型连接的一般逆变电路相比，实现了对转矩的精确解耦控制，提高了直流电压利用率，增加了器件的可靠性，实现了电气隔离，使系统具有了容错控制能力的一般条件。

图2中n_ref表示给定转速，n表示实际转速，i_qref表示交轴电流给定值，i_dref表示直轴电流给定值，I_a、I_b、I_c、I_a0、I_b0、I_c0分别表示各相绕组实际电流。

图8示出了永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然开路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的转矩波形，图9-a示出了永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然开路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的A、B和C相绕组的电流波形，图9-b示出了永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然开路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的A0、B0和C0相绕组的电流波形，由上述附图可以看出，无故障时转矩脉动为3.6％，一相开路故障后，转矩脉动为26％，加入本发明所述容错控制方法之后转矩脉动为3.6％。一相开相后不采取控制策略，正常相电流幅值增大，转速有波动，采取本发明所述容错控制方法后，转速维持稳定，由此可以得出，本发明在绕组开路故障时可以有效抑制转矩脉动，维持转速稳定。

图10示出了永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然短路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的转矩波形，图11-a示出了永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然短路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的A、B和C相绕组的电流波形，图11-b示出了永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然短路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的A0、B0和C0相绕组的电流波形，图12示出了永磁容错电机带负载启动并在50ms处A相绕组突然短路，无容错控制运行50ms后加入本发明所述容错控制方法的转速波形，由上述附图可以看出，无故障时转矩脉动为3.6％，一相短路故障后，转矩脉动为34.5％，加入本发明所述容错控制方法之后转矩脉动为3.6％。一相短路后不采取控制策略，短路电流为额定工作状态下电流的1.2倍，正常相电流也幅值增大，转速有波动，而采取本发明所述容错控制方法后，转速和转矩维持相对稳定。由此可以得出，本发明在绕组短路故障时可以有效抑制转矩脉动，维持转速稳定。

本发明提供的一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法及其系统，能够合理有效分配转矩，使得系统故障时能维持运行，系统具有良好的动态和静态性能，所提出的容错控制方法能够利用正常相输出有效转矩，维持转矩平衡，维持转速稳定，在诸如航空航天、电动汽车、船舶以及医疗等对安全性要求较高的领域有应用前景。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法，应用于由两个独立的三相永磁容错电机构成的双余度结构，每一三相永磁容错电机连接一三相H桥逆变器，其特征在于任一三相永磁容错电机的容错控制方法包括如下步骤：

步骤1：将三相永磁容错电机的实际转速与给定转速进行比较，对比较信号进行PI调节后获得给定转矩，执行步骤2；

步骤2：根据给定转矩获得直轴电流给定值和交轴电流给定值，执行步骤3；

步骤3：对所述直轴电流给定值和交轴电流给定值通过2r/2s变换和2s/3s变换后得到正常状态下的各相绕组电流给定值，执行步骤4；

步骤4：检测三相永磁容错电机各相绕组实际电流，执行步骤5；

步骤5：判断任一相绕组是否发生短路或开路故障，是则执行步骤6，否则执行步骤8；

步骤6：根据各相绕组发生短路或开路故障的判断结果，利用故障状态下的给定电流计算公式得出故障状态下的各相绕组电流给定值，所述故障状态下的给定电流计算公式为：

$i_a^{*}=i_a-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3+K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3-K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_b^{*}=i_b-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3+K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3-K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_c^{*}=i_c-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3+K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3-K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{a0}^{*}=i_{a0}+K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3-K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3+K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3-K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3+K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3-K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3;$

设定双绕组为A、B、C三相绕组和A0、B0、C0三相绕组，式中i_a*、i_b*、i_c*、i_a0*、i_b0*、i_c0*分别对应为故障状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_a、i_b、i_c、i_a0、i_b0、i_c0分别对应为正常状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_sa、i_sb、i_sc、i_sa0、i_sb0、i_sc0分别表示A、B、C、A0、B0和C0相绕组的短路电流；K_oa、K_ob、K_oc、K_oa0、K_ob0、K_oc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生开路故障时的设定系数；K_sa、K_sb、K_sc、K_sa0、K_sb0、K_sc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生短路故障时的设定系数；执行步骤7；

步骤7：将故障状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号，执行步骤9；

步骤8：将正常状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号，执行步骤9；

步骤9：按照得到的三相H桥逆变器控制信号控制三相永磁容错电机运行。

2.根据权利要求1所述的一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制方法，其特征在于所述步骤2具体为：

设定直轴电流给定值为零，根据公式获得交轴电流给定值，其中ψ_f为转子磁链、n_p为磁极对数、T_e为电磁转矩、i_qref为交轴电流给定值。

3.一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制系统，应用于由两个独立的三相永磁容错电机构成的双余度结构，每一三相永磁容错电机连接一三相H桥逆变器，其特征在于包括两个结构相同的分别对应一三相永磁容错电机的容错控制系统；

任一所述容错控制系统包括：

获得三相永磁容错电机实际转速的转速获取单元；

连接转速获取单元，将所述三相永磁容错电机实际转速与给定转速进行比较，以及对比较信号进行PI调节后获得给定转矩的速度环PI调节器；

连接速度环PI调节器，用于根据所述给定转矩获得直轴电流给定值和交轴电流给定值的第一获取单元；

用于检测三相永磁容错电机各相绕组实际电流的电流检测单元；

连接第一获取单元，用于对所述直轴电流给定值和交轴电流给定值通过2r/2s变换和2s/3s变换后得到正常状态下的各相绕组电流给定值的第一变换单元；

连接电流检测单元，用于根据三相永磁容错电机的各相绕组电流变化判断任一相绕组是否发生短路或开路故障的故障判断单元；

连接故障判断单元和第一变换单元，用于根据各相绕组发生短路或开路故障的判断结果，利用故障状态下的给定电流计算公式得出故障状态下的各相绕组电流给定值，所述故障状态下的给定电流计算公式为：

$i_a^{*}=i_a-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3+K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3-K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_b^{*}=i_b-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3+K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3-K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_c^{*}=i_c-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3+K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3-K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{a0}^{*}=i_{a0}+K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3-K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{b0}^{*}=i_{b0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3+K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3-K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3-K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3+K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{oc}0}{i}_{c0}^{*}/3+K_{\mathrm{sc}0}{i}_{\mathrm{sc}0}/3;$

$i_{c0}^{*}=i_{c0}-K_{\mathrm{oa}}{i}_a^{*}/3+K_{\mathrm{sa}}{i}_{\mathrm{sa}}/3-K_{\mathrm{ob}}{i}_b^{*}/3+K_{\mathrm{sb}}{i}_{\mathrm{sb}}/3+K_{\mathrm{oc}}{i}_c^{*}/3-K_{\mathrm{sc}}{i}_{\mathrm{sc}}/3-K_{\mathrm{oa}0}{i}_{a0}^{*}/3+K_{\mathrm{sa}0}{i}_{\mathrm{sa}0}/3-K_{\mathrm{ob}0}{i}_{b0}^{*}/3+K_{\mathrm{sb}0}{i}_{\mathrm{sb}0}/3;$

设定双绕组为A、B、C三相绕组和A0、B0、C0三相绕组，式中i_a*、i_b*、i_c*、i_a0*、i_b0*、i_c0*分别对应为故障状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_a、i_b、i_c、i_a0、i_b0、i_c0分别对应为正常状态下的A、B、C、A0、B0和C0相绕组电流给定值；i_sa、i_sb、i_sc、i_sa0、i_sb0、i_sc0分别表示A、B、C、A0、B0和C0相绕组的短路电流；K_oa、K_ob、K_oc、K_oa0、K_ob0、K_oc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生开路故障时的设定系数；K_sa、K_sb、K_sc、K_sa0、K_sb0、K_sc0分别对应为A、B、C、A0、B0和C0相绕组发生短路故障时的设定系数；

连接电流检测单元、第一变换单元和第二获取单元，用于将正常状态下或故障状态下的各相绕组电流给定值与三相永磁容错电机各相绕组实际电流进行比较，根据比较信号转换为三相H桥逆变器控制信号的滞环比较器；

所述三相H桥逆变器与所述滞环比较器相连接，用于按照所述三相H桥逆变器控制信号控制与三相H桥逆变器对应连接的永磁容错电机运行。

4.根据权利要求3所述的一种双绕组三相永磁容错电机的容错控制系统，其特征在于所述转速获取单元包括：

用于检测三相永磁容错电机位置的位置检测单元；

和连接位置检测单元，根据三相永磁容错电机位置计算实际转速的速度计算单元。