CN106026833A - 一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法，包括：测量电机的转速和输出相电流；根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量；所述目标电压矢量为电机一相开路故障后输出电压中消失的电压矢量；根据所述两个电压分量确定所述目标电压矢量所在扇区；确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按照幅值大小分为大矢量、中矢量和小矢量；从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量；利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量。本发明所公开的控制方法，摆脱了对电机建模的准确性的依赖，并减少高次谐波的干扰，具有控制平滑、灵活、动作响应快的优点。

Description

一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法

技术领域

本发明涉及电机容错控制领域，特别是涉及一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法。

背景技术

在同步电机装置中，最易发生故障的几个机构为传感器、执行器机构和电机绕组。据统计，在速度驱动系统中，38％的故障和变流器有关。而在这38％的故障中，最常见的故障为一相开路故障，包括：一相开关管开路、相桥臂开路、一相开关管短路和相桥臂短路。

在目前的学术文献以及工程实践中，对于五相电机的一相开路故障，大多采用直接计算各相输入电流的方法。这种方法依赖电机建模的准确性，在工程实践过程中难以实现实时控制，且电流以滞环方式进行控制，容易导致开关管的频率不稳定造成较大的高次谐波。

发明内容

本发明为了摆脱对电机建模的准确性的依赖，并减少高次谐波的干扰，提供一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法，包括：

测量电机的转速和输出相电流；

根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量；所述目标电压矢量为电机一相开路故障后输出电压中消失的电压矢量；

根据所述两个电压分量确定所述目标电压矢量所在扇区；

确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按照幅值大小分为大矢量、中矢量和小矢量；从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量；利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量；所述筛选合格电压矢量的原则为：确定所述目标电压矢量所在扇区的两个边缘中的未消失的电压矢量，在所述目标电压矢量所在扇区的每个扇区边缘中的未消失的电压矢量中均选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量；若所述目标电压矢量所在扇区的某个边缘中的电压矢量全部消失，则从相邻扇区的扇区边缘中选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量；所述最合适的未消失的电压矢量确定原则：若存在大矢量，则选取大矢量为最合适的未消失的电压矢量；若不存在大矢量而存在中矢量，则选取中矢量为最合适的未消失的电压矢量；若既不存在大矢量也不存在中矢量，则选取小矢量为最合适的未消失的电压矢量。

可选的，所述根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量，具体包括：

将所述电机的转速与给定转速作差，经比例积分控制器后输出q轴的给定电流；

对所述电机的输出相电流进行矢量变换，得到电机的q轴的输出相电流和d轴的输出相电流；

将所述q轴的给定电流与所述q轴的输出相电流作差得到q轴电流差；将所述d轴的给定电流与所述d轴的输出相电流作差得到d轴电流差；

将所述q轴电流差和所述d轴电流差经矢量反变换得到静止坐标系下的所述目标电压矢量的两个电压分量。

可选的，利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量，具体包括：

计算所述零矢量和每个所述合格电压矢量的作用时间；

根据所述零矢量和所述合格电压矢量的作用时间输出驱动开关管通断的脉冲宽度调制波形；

通过脉冲宽度调制波形驱动开关管通断从而合成目标电压矢量。

可选的，从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量，具体包括：

利用传统扇区划分方法将电压矢量划分为10个扇区，依次编号为Ⅰ到Ⅹ；

当目标电压矢量在第Ⅰ扇区或第Ⅱ扇区时，选取第Ⅰ扇区和第Ⅹ扇区共同边缘的小矢量以及第Ⅱ扇区和第Ⅲ扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅲ扇区时，选取第Ⅱ扇区和第Ⅲ扇区共同边缘的中矢量以及第Ⅲ扇区和第Ⅳ扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅳ扇区时，选取第Ⅲ扇区和第Ⅳ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅳ扇区和第Ⅴ扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅴ扇区时，选取第Ⅳ扇区和第Ⅴ扇区共同边缘的大矢量、第Ⅳ扇区和第Ⅴ扇区共同边缘的中矢量、第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅵ扇区时，选取第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的大矢量、第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的中矢量、第Ⅵ扇区和第Ⅶ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅵ扇区和第Ⅶ扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅶ扇区时，选取第Ⅵ扇区和第Ⅶ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅶ扇区和第Ⅷ扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅷ扇区时，选取第Ⅶ扇区和第Ⅷ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅷ扇区和第Ⅸ扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅸ扇区或第Ⅹ扇区时，选取第Ⅷ扇区和第Ⅸ扇区共同边缘的中矢量以及第Ⅰ扇区和第Ⅹ扇区共同边缘的小矢量为合格电压矢量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

(1)采用空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)，使电机具有更好的转矩转速特性和更高的直流电压利用率。

(2)本申请的的技术方案避免了直接计算各相输入电流，从而摆脱了对电机建模准确性的依赖。

(3)本申请的技术方案具有输出转矩的波动小、动态响应快等优点，并且在实际的工程中易于在线实现，占用核心芯片内存小，类似正常运行时电机采用的控制算法，具有良好的应用前景。

(4)本申请的电流控制方式采用给定电流分量为零的控制方式，避免了因开关管的频率不稳定造成较大的高次谐波。

(5)本申请采用空间矢量的控制算法，在电机一相开路故障后能继续实现电机的高精度、快响应、高能源利用率的驱动控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(a)为本申请五相双转子电机串联驱动方式下一相开路故障示意图；

图1(b)为本申请五相双转子电机并联驱动方式下一相开路故障示意图；

图2为本发明基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法实施例的方法流程图；

图3为本申请实施例1中步骤202计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量一个具体实施方法；

图4为本申请实施例1中根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量的算法过程的框图；

图5为本申请五相双转子电机外电机与内电机串联驱动方式下a相开路故障后的电压矢量分布图；

图6(a)为当目标电压矢量在第Ⅰ扇区或第Ⅱ扇区时的控制矢量图；

图6(b)为图6(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形；

图7(a)为当目标电压矢量在第III扇区时的控制矢量图；

图7(b)为图7(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形；

图8(a)为当目标电压矢量在第IV扇区时的控制矢量图；

图8(b)为图8(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形；

图9(a)为当目标电压矢量在第V扇区时的控制矢量图；

图9(b)为图9(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形；

图10为本申请根据不同的运行状态采用不同的电机控制算法的方法流程图；

图11为本申请基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法应用过程的系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1(a)为本申请五相双转子电机串联驱动方式下一相开路故障示意图；

图1(b)为本申请五相双转子电机并联驱动方式下一相开路故障示意图。

参见图1(a)和图1(b)，所述一相开路故障运行状态包括内电机与外电机串联运行时一相开路故障和内电机与外电机并联运行时一相开路故障。本申请以内电机和外电机串联驱动时一相开路故障为例。

图2为本发明基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法实施例的方法流程图。

参见图2，一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法，包括：

步骤201，测量电机的转速和输出相电流；所述电机的转速是通过传感器测量得到的，所述输出相电流是通过电流表测量得到的。

步骤202，根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量U_α和U_β；所述目标电压矢量为电机一相开路故障后输出电压中消失的电压矢量。

图3为本申请实施例1中步骤202计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量一个具体实施方法。

图4为本申请实施例1中根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量的算法过程的框图。

参见图3和图4，实时根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量U_α和U_β，具体包括：

步骤401，将所述电机的转速与给定转速作差，经比例积分控制器后输出q轴的给定电流i_q ^*；

步骤402，采用d轴的电流给定i_d ^*＝0的控制方式，结合电机旋转位置对所述电机的输出相电流进行Clark矢量变换和Park矢量变换，得到电机的q轴的输出相电流i_q和d轴的输出相电流i_d；

步骤403，将所述q轴的给定电流与所述q轴的输出相电流作差得到q轴电流差；将所述d轴的给定电流与所述d轴的输出相电流作差得到d轴电流差；

步骤404，将所述q轴电流差和所述d轴电流差经Park矢量反变换得到静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量U_α和U_β。

步骤203，根据所述两个电压分量U_α和U_β确定所述目标电压矢量所在扇区；具体包括：

利用传统扇区划分方法将电压矢量划分为10个扇区，依次编号为Ⅰ到Ⅹ，具体为：将电机在正常运行状态下五相桥逆变器通断所产生的电压矢量放到同一个空间矢量坐标系中，所有的电压矢量将空间矢量分成了十个区域，十个区域所代表的角度区间分别为：0～36°、36°～72°、72°～108°、108°～144°、144°～180°、180°～216°、216°～252°、252°～288°、288°～324°、324°～360°，将十个区域从0°～360°依次命名为第I扇区、第II扇区、第III扇区、第IV扇区、第V扇区、第VI扇区、第VII扇区、第VIII扇区、第IX扇区和第X扇区。

定义V₀、V₁、V₂、V₃、V₄为下式：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_0=U_{\mathrm{\β}}\\ V_1=U_{\mathrm{\α}}sin\frac{\mathrm{\π}}{5}-U_{\mathrm{\β}}\cos \frac{\mathrm{\π}}{5}\\ V_2=U_{\mathrm{\α}}cos\frac{\mathrm{\π}}{10}-U_{\mathrm{\β}}\sin \frac{\mathrm{\π}}{10}\\ V_3=U_{\mathrm{\α}}sin\frac{\mathrm{\π}}{5}+U_{\mathrm{\β}}\cos \frac{\mathrm{\π}}{5}\\ V_4=U_{\mathrm{\α}}\cos \frac{\mathrm{\π}}{10}+U_{\mathrm{\β}}sin\frac{\mathrm{\π}}{10}\end{array}\right.$

根据上式求出V₀、V₁、V₂、V₃和V₄，若有：

V₀>0、V₁>0、V₂>0、V₃>0、V₄>0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅰ：

V₀>0、V₁<0、V₂>0、V₃>0、V₄>0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅱ：

V₀>0、V₁<0、V₂<0、V₃>0、V₄>0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅲ：

V₀>0、V₁<0、V₂<0、V₃>0、V₄<0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅳ：

V₀>0、V₁<0、V₂<0、V₃<0、V₄<0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅴ：

V₀<0、V₁<0、V₂<0、V₃<0、V₄<0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅵ：

V₀<0、V₁>0、V₂<0、V₃<0、V₄<0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅶ：

V₀<0、V₁>0、V₂>0、V₃<0、V₄<0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅶ：

V₀<0、V₁>0、V₂>0、V₃<0、V₄>0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅷ：

V₀<0、V₁>0、V₂>0、V₃>0、V₄>0，则所需合成电压矢量在传统的扇区Ⅷ：

为了方便实现控制，定位函数S：

S＝sign(V₀)+2sign(V₁)+4sign(V₂)+6sign(-V₃)+3sign(V₄)

其中sign为符号函数。

根据以上10个扇区内中间变量的符号可得扇区标号与扇区号之间的关系如下：

根据所述目标电压矢量的两个电压分量在控制器中计算出S函数的值，根据上表中的对应的关系，判断出所述目标电压矢量所在扇区。

步骤204，确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按照幅值大小分为大矢量、中矢量和小矢量；从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量；利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量；所述筛选合格电压矢量的原则为：确定所述目标电压矢量所在扇区的两个边缘中的未消失的电压矢量，在所述目标电压矢量所在扇区的每个扇区边缘中的未消失的电压矢量中均选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量；若所述目标电压矢量所在扇区的某个边缘中的电压矢量全部消失，则从相邻扇区的扇区边缘中选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量；所述最合适的未消失的电压矢量确定原则：若存在大矢量，则选取大矢量为最合适的未消失的电压矢量；若不存在大矢量而存在中矢量，则选取中矢量为最合适的未消失的电压矢量；若既不存在大矢量也不存在中矢量，则选取小矢量为最合适的未消失的电压矢量。

图5为本申请五相双转子电机外电机与内电机串联驱动方式下a相开路故障后的电压矢量分布图，其中每个电压矢量对应一个二进制的代号。

参见图5，本申请中内电机和外电机串联驱动方式下a相开路故障时合格电压矢量的筛选方案如下：

当目标电压矢量在第Ⅰ扇区或第Ⅱ扇区时，选取第Ⅰ扇区和第Ⅹ扇区共同边缘的小矢量U₉(01001)以及第Ⅱ扇区和第Ⅲ扇区共同边缘的中矢量U₈(01000)为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅲ扇区时，选取第Ⅱ扇区和第Ⅲ扇区共同边缘的中矢量U₈(01000)以及第Ⅲ扇区和第Ⅳ扇区共同边缘的大矢量U₁₂(01100)为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅳ扇区时，选取第Ⅲ扇区和第Ⅳ扇区共同边缘的大矢量U₁₂(01100)以及第Ⅳ扇区和第Ⅴ扇区共同边缘的大矢量U₁₄(01110)为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅴ扇区时，选取第Ⅳ扇区和第Ⅴ扇区共同边缘的大矢量U₁₄(01110)、第Ⅳ扇区和第Ⅴ扇区共同边缘的中矢量U₄(00100)、第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的大矢量U₆(00110)以及第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的中矢量U₁₅(01111)为合格电压矢量；

第Ⅵ扇区、第Ⅶ扇区、第Ⅷ扇区、第Ⅸ扇区、第Ⅹ扇区的电压矢量分布分别与第Ⅴ扇区、第Ⅳ扇区、第Ⅲ扇区、第Ⅱ扇区、第Ⅰ扇区的电压矢量分布呈上下对称状态，因此，当目标电压矢量分别在第Ⅵ扇区、第Ⅶ扇区、第Ⅷ扇区、第Ⅸ扇区、第Ⅹ扇区时，选取的合格电压矢量也分别与当目标电压矢量在第Ⅴ扇区、第Ⅳ扇区、第Ⅲ扇区、第Ⅱ扇区、第Ⅰ扇区时选取的合格电压矢量呈上下对称分布，具体如下：

当目标电压矢量在第Ⅵ扇区时，选取第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的大矢量U₆(00110)、第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的中矢量U₁₅(01111)、第Ⅵ扇区和第Ⅶ扇区共同边缘的大矢量U₇(00111)以及第Ⅵ扇区和第Ⅶ扇区共同边缘的中矢量U₂(00010)为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅶ扇区时，选取第Ⅵ扇区和第Ⅶ扇区共同边缘的大矢量U₇(00111)以及第Ⅶ扇区和第Ⅷ扇区共同边缘的大矢量U₃(00011)为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅷ扇区时，选取第Ⅶ扇区和第Ⅷ扇区共同边缘的大矢量U₃(00011)以及第Ⅷ扇区和第Ⅸ扇区共同边缘的中矢量U₁(00001)为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅸ扇区或第Ⅹ扇区时，选取第Ⅷ扇区和第Ⅸ扇区共同边缘的中矢量U₁(00001)以及第Ⅰ扇区和第Ⅹ扇区共同边缘的小矢量U₉(01001)为合格电压矢量。

可选的，利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量，具体包括：

计算所述零矢量和每个所述合格电压矢量的作用时间，具体为：

图6(a)为当目标电压矢量在第Ⅰ扇区或第Ⅱ扇区时的控制矢量图；

图6(b)为图6(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形。

参见图6(a)和图6(b)，当目标电压矢量在第Ⅰ扇区或第Ⅱ扇区时，设U₉的作用时间为T_I9，U₈的作用时间为T_I8，零矢量的作用时间为T_I0，目标电压矢量为U_IRef，开关管的作用周期为T_Is，则

T_IsU_IRef＝T_I9U₉+T_I8U₈

T_Is＝T_I9+T_I8+T_I0

将上式求解，解得为：

$T_{I9}=\frac{U_{I\mathrm{Re}f}sin(2\mathrm{\&pi;}/5-\mathrm{\&alpha;})}{U_{9}sin(2\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{Is}$

$T_{I8}=\frac{U_{I\mathrm{Re}f}sin\mathrm{\&alpha;}}{U_8\sin (2\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{Is}$

T_I0＝T_Is-T_I8-T_I9

图7(a)为当目标电压矢量在第III扇区时的控制矢量图；

图7(b)为图7(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形。

参见图7(a)和图7(b)，当目标电压矢量在第III扇区时，设U₈的作用时间为T_III8，U₁₂的作用时间为T_III12，零矢量的作用时间为T_III0，目标电压矢量为U_IIIRef，开关管的作用周期为T_IIIs，则

T_IIIsU_IIIRef＝T_III12U₁₂+T_III8U₈

T_IIIs＝T_III12+T_III8+T_III0

将上式求解，解得为：

$T_{III12}=\frac{U_{III\mathrm{Re}f}sin\mathrm{\&alpha;}}{U_{12}sin(\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{IIIs}$

$T_{III8}=\frac{U_{III\mathrm{Re}f}sin(\mathrm{\&pi;}/5-\mathrm{\&alpha;})}{U_{8}sin(\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{IIIs}$

T_III0＝T_IIIs-T_III8-T_III12

图8(a)为当目标电压矢量在第IV扇区时的控制矢量图；

图8(b)为图8(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形。

参见图8(a)和图8(b)，当目标电压矢量在第IV扇区时，设U₁₂的作用时间为T_IV12，U₁₄的作用时间为T_IV14，零矢量的作用时间为T_IV0，目标电压矢量为U_IVRef，开关管的作用周期为T_IVs，则

T_IVsU_IVRef＝T_IV12U₁₂+T_IV14U₁₄

T_IVs＝T_IV14+T_IV12+T_IV0

将上式求解，解得为：

$T_{IV12}=\frac{U_{IV\mathrm{Re}f}sin(\mathrm{\&pi;}/5-\mathrm{\&alpha;})}{U_{12}sin(\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{IVs}$

$T_{IV14}=\frac{U_{IV\mathrm{Re}f}sin\mathrm{\&alpha;}}{U_{14}sin(\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{IVs}$

T_IV0＝T_IVs-T_IV14-T_IV12

图9(a)为当目标电压矢量在第V扇区时的控制矢量图；

图9(b)为图9(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形。

参见图9(a)和图9(b)，当目标电压矢量在第V扇区时，设U₄的作用时间为T_V4，U₁₄的作用时间为T_V14，U₆的作用时间为T_V6，U₁₅的作用时间为T_V15，零矢量的作用时间为T_V0，目标电压矢量为U_VRef，开关管的作用周期为T_Vs，则

T_VsU_VRef＝T_V4U₄+T_V14U₁₄+T_V6U₆+T_V15U₁₅

T_Vs＝T_V14+T_V4+T_V15+T_V6+T_V0

为保证得出确切的解，约束d3-q3子空间的合成矢量为0，即：

$\frac{T_{V14}}{T_{V4}}=\frac{T_{V6}}{T_{V15}}=1.618$

将上式求解，解得为：

$T_{V14}=\frac{U_{\mathrm{\&alpha;}}sin(\mathrm{\&pi;}/5)-U_{\mathrm{\&beta;}}cos(\mathrm{\&pi;}/5)}{sin(\mathrm{\&pi;}/5)(U_{14}+0.618U_4)}{T}_{Vs}$

T_V4＝0.618*T_V14

$T_{V6}=\frac{U_{\mathrm{\&beta;}}}{sin(\mathrm{\&pi;}/5)(U_6+0.618U_{15})}{T}_{Vs}$

T_V15＝0.618*T_V6

T_V0＝T_Vs-T_V14-T_V4-T_V15-T_V6

当目标电压矢量分别在第Ⅵ扇区、第Ⅶ扇区、第Ⅷ扇区、第Ⅸ扇区、第Ⅹ扇区时，合格电压矢量的作用时间的计算方法分别于当目标电压矢量在第Ⅴ扇区、第Ⅳ扇区、第Ⅲ扇区、第Ⅱ扇区、第Ⅰ扇区时的合格电压矢量的作用时间的计算方法相对应，具体为：

当目标电压矢量在第VI扇区时，设U₂的作用时间为T_VI2，U₇的作用时间为T_VI7，U₆的作用时间为T_VI6，U₁₅的作用时间为T_VI15，零矢量的作用时间为T_VI0，目标电压矢量为U_VIRef，开关管的作用周期为T_VIs，则

T_VIsU_VIRef＝T_VI2U₂+T_VI7U₇+T_VI6U₆+T_VI15U₁₅

T_VIs＝T_VI7+T_VI2+T_VI15+T_VI6+T_VI0

为保证得出确切的解，约束d3-q3子空间的合成矢量为0，即：

$\frac{T_{VI7}}{T_{VI2}}=\frac{T_{VI6}}{T_{VI15}}=1.618$

将上式求解，解得为：

$T_{VI7}=\frac{U_{\mathrm{\&alpha;}}sin(\mathrm{\&pi;}/5)-U_{\mathrm{\&beta;}}cos(\mathrm{\&pi;}/5)}{sin(\mathrm{\&pi;}/5)(U_7+0.618U_2)}{T}_{VIs}$

T_VI2＝0.618*T_VI7

$T_{VI6}=\frac{U_{\mathrm{\&beta;}}}{sin(\mathrm{\&pi;}/5)(U_6+0.618U_{15})}{T}_{VIs}$

T_VI15＝0.618*T_VI6

T_VI0＝T_VIs-T_VI7-T_VI2-T_VI15-T_VI6

当目标电压矢量在第VII扇区时，设U₃的作用时间为T_VII3，U₇的作用时间为T_VII7，零矢量的作用时间为T_VII0，目标电压矢量为U_VIIRef，开关管的作用周期为T_VIIs，则

T_VIIsU_VIIRef＝T_VII3U₃+T_VII7U₇

T_VIIs＝T_VII7+T_VII3+T_VII0

将上式求解，解得为：

$T_{VII3}=\frac{U_{VII\mathrm{Re}f}sin(\mathrm{\&pi;}/5-\mathrm{\&alpha;})}{U_{3}sin(\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{VIIs}$

$T_{VII7}=\frac{U_{VII\mathrm{Re}f}sin\mathrm{\&alpha;}}{U_7\sin (\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{VIIs}$

T_VII0＝T_VIIs-T_VII7-T_VII3

当目标电压矢量在第VIII扇区时，设U₁的作用时间为T_VIII1，U₃的作用时间为T_VIII3，零矢量的作用时间为T_VIII0，目标电压矢量为U_VIIIRef，开关管的作用周期为T_VIIIs，则

T_VIIIsU_VIIIRef＝T_VIII3U₃+T_VIII1U₁

T_VIIIs＝T_VIII3+T_VIII1+T_VIII0

将上式求解，解得为：

$T_{VIII3}=\frac{U_{VIII\mathrm{Re}f}sin\mathrm{\&alpha;}}{U_{3}sin(\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{VIIIs}$

$T_{VIII1}=\frac{U_{VIII\mathrm{Re}f}sin(\mathrm{\&pi;}/5-\mathrm{\&alpha;})}{U_{1}sin(\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{VIIIs}$

T_VIII0＝T_VIIIs-T_VIII1-T_VIII3

当目标电压矢量在第IX扇区或第X扇区时，设U₉的作用时间为T_X9，U₁的作用时间为T_X1，零矢量的作用时间为T_X0，目标电压矢量为U_XRef，开关管的作用周期为T_Xs，则

T_XsU_XRef＝T_X9U₉+T_X1U₁

T_Xs＝T_X9+T_X1+T_X0

将上式求解，解得为：

$T_{X9}=\frac{U_{X\mathrm{Re}f}sin(2\mathrm{\&pi;}/5-\mathrm{\&alpha;})}{U_{9}sin(2\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{Xs}$

$T_{X1}=\frac{U_{X\mathrm{Re}f}sin\mathrm{\&alpha;}}{U_{1}sin(2\mathrm{\&pi;}/5)}{T}_{Xs}$

T_X0＝T_Xs-T_X1-T_X9

根据所述零矢量和所述合格电压矢量的作用时间输出驱动开关管通断的脉冲宽度调制波形，具体为：

本申请中采用以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的控制系统，利用Verilog语言编写一个计数器产生的对称连续的三角波，计数幅值为脉宽调制波形的周期值。根据矢量作用时间在控制器中计算出比较器值CMPRx，然后将计数器的当前计数值与比较器值CMPRx相比较，输出正向输出信号，即当计数值高于占空比时，脉宽调制波形输出为高电平，反之为低电平。而反向输出信号为与正向输出信号对应的互补信号。因此，同一桥臂上下开关管输出互补的PWM信号。

通过脉冲宽度调制波形驱动开关管通断从而合成目标电压矢量。

图10为本申请根据不同的运行状态采用不同的电机控制算法实施例的方法流程图；

参加图10，本申请还公开了一个根据不同的运行状态采用不同的电机控制算法的实施例，上述根据所述电机的转速和输出相电流判断电机的运行状态，具体包括：

步骤1001：电机信号采集：测量电机的转速和输出相电流；

步骤1002：故障状态判断：根据采集的电机的转速和输出相电流判断电机的运行状态；若电机运行状态为正常状态，则执行步骤1003；若电机运行状态为故障状态，即一相开路故障状态，则执行步骤1004；

步骤1003：采用正常的空间矢量算法进行控制，并执行步骤1005；

步骤1004：采用本申请的基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法进行控制；并执行步骤1005；

步骤1005：根据步骤1003的算法或步骤1004的算法驱动开关管的通断。

图11为本申请基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法应用过程的系统结构图。

参见图11，本申请的，应用本申请的基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法应用到系统时，所述系统包括：双闭环调速系统1101、矢量算法模1102、IGBT驱动模块1103、五相桥逆变模块1104和电机1105。

所述双闭环调速系统1101用于测量电机1105的转速和输出相电流；根据所述电机1105的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量；所述目标电压矢量为电机1105一相开路故障后输出电压中消失的电压矢量；

所述矢量算法模块1102用于确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按照幅值大小分为大矢量、中矢量和小矢量；从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量；利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量；

所述利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量，具体包括：

计算所述零矢量和每个所述合格电压矢量的作用时间；

根据所述零矢量和所述合格电压矢量的作用时间输出驱动开关管通断的脉冲宽度调制波形；

通过脉冲宽度调制波形驱动开关管通断从而合成目标电压矢量。

所述IGBT驱动模块1103用于根据矢量算法模块生成的脉冲宽度调制波形驱动开关管的通断。

所述五相桥逆变模块1104用于将产生的直流电转换为交流电，驱动电机1105的运转。

可选的，所述根据所述电机1105的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量，具体包括：

将所述电机1105的转速与给定转速作差，经比例积分控制器后输出q轴的给定电流；

对所述电机1105的输出相电流进行矢量变换，得到电机1105的q轴的输出相电流和d轴的输出相电流；

将所述q轴的给定电流与所述q轴的输出相电流作差得到q轴电流差；将所述d轴的给定电流与所述d轴的输出相电流作差得到d轴电流差；

将所述q轴电流差和所述d轴电流差经矢量反变换得到静止坐标系下的所述目标电压矢量的两个电压分量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括：

测量电机的转速和输出相电流；

根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量；所述目标电压矢量为电机一相开路故障后输出电压中消失的电压矢量；

根据所述两个电压分量确定所述目标电压矢量所在扇区；

确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按照幅值大小分为大矢量、中矢量和小矢量；从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量；利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量；所述筛选合格电压矢量的原则为：确定所述目标电压矢量所在扇区的两个边缘中的未消失的电压矢量，在所述目标电压矢量所在扇区的每个扇区边缘中的未消失的电压矢量中均选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量；若所述目标电压矢量所在扇区的某个边缘中的电压矢量全部消失，则从相邻扇区的扇区边缘中选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量；所述最合适的未消失的电压矢量确定原则：若存在大矢量，则选取大矢量为最合适的未消失的电压矢量；若不存在大矢量而存在中矢量，则选取中矢量为最合适的未消失的电压矢量；若既不存在大矢量也不存在中矢量，则选取小矢量为最合适的未消失的电压矢量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量，具体包括：

将所述电机的转速与给定转速作差，经比例积分控制器后输出q轴的给定电流；

对所述电机的输出相电流进行矢量变换，得到电机的q轴的输出相电流和d轴的输出相电流；

将所述q轴的给定电流与所述q轴的输出相电流作差得到q轴电流差；将所述d轴的给定电流与所述d轴的输出相电流作差得到d轴电流差；

将所述q轴电流差和所述d轴电流差经矢量反变换得到静止坐标系下的所述目标电压矢量的两个电压分量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量，具体包括：

计算所述零矢量和每个所述合格电压矢量的作用时间；

根据所述零矢量和所述合格电压矢量的作用时间输出驱动开关管通断的脉冲宽度调制波形；

通过脉冲宽度调制波形驱动开关管通断从而合成目标电压矢量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量，具体包括：

利用传统扇区划分方法将电压矢量划分为10个扇区，依次编号为Ⅰ到Ⅹ；

当目标电压矢量在第Ⅰ扇区或第Ⅱ扇区时，选取第Ⅰ扇区和第Ⅹ扇区共同边缘的小矢量以及第Ⅱ扇区和第Ⅲ扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅲ扇区时，选取第Ⅱ扇区和第Ⅲ扇区共同边缘的中矢量以及第Ⅲ扇区和第Ⅳ扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅳ扇区时，选取第Ⅲ扇区和第Ⅳ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅳ扇区和第Ⅴ扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅴ扇区时，选取第Ⅳ扇区和第Ⅴ扇区共同边缘的大矢量、第Ⅳ扇区和第Ⅴ扇区共同边缘的中矢量、第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅵ扇区时，选取第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的大矢量、第Ⅴ扇区和第Ⅵ扇区共同边缘的中矢量、第Ⅵ扇区和第Ⅶ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅵ扇区和第Ⅶ扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅶ扇区时，选取第Ⅵ扇区和第Ⅶ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅶ扇区和第Ⅷ扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅷ扇区时，选取第Ⅶ扇区和第Ⅷ扇区共同边缘的大矢量以及第Ⅷ扇区和第Ⅸ扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；

当目标电压矢量在第Ⅸ扇区或第Ⅹ扇区时，选取第Ⅷ扇区和第Ⅸ扇区共同边缘的中矢量以及第Ⅰ扇区和第Ⅹ扇区共同边缘的小矢量为合格电压矢量。