CN107482976A - 用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置 - Google Patents

用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置，方法实施步骤包括获取永磁同步电机的转速、电压、电流，设计失磁转矩检测滑模观测器获取失磁扰动估计值和转速的观测值，进行容错预测转速控制计算q轴指令电流，设计失磁磁链检测滑模观测器获取电流的观测值、永磁体失磁后的状态电流观测值，进行容错预测电流控制计算指令电压，经逆Park变换、SVPWM模块调制生成PWM脉冲信号；装置包括方法步骤对应的程序单元。本发明实现了永磁体失磁情况下，永磁同步电机的转速与电流快速无静差地跟踪，优化了转速环与电流环的控制性能，有利于拓展永磁同步电机在环境恶劣、可靠性要求高的场合的应用。

Description

用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置
技术领域
本发明涉及永磁同步电机的控制技术，具体涉及一种用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置。
背景技术
近年来，无刷永磁同步电机的直驱风力发电系统得到了越来越广泛地运用。人们对永磁同步电机的控制性能也提出了更高的要求。矢量控制是交流电机高性能控制最常采用的方法，而转速环与电流环的控制是其关键。传统转速环与电流环的控制器为PI控制器，它以简易性、鲁棒性等优点广泛应用于永磁交流电机驱动。但永磁同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，同时存在着参数摄动、负载扰动等不确定性。为此，常规PI控制器并不能满足高性能控制的要求。与PI控制器相比，预测控制能够显著提高电机的动态性能，是永磁同步电机控制的最佳控制策略。
交流伺服系统转速控制的目标是确保输出转速能够很好地跟随指令的变化，但永磁体失磁及负载转矩扰动的存在必然会导致转速波动的产生，为了实现高准确度、高性能的伺服控制，需要速度控制具有更强的鲁棒性。
驱动系统电流控制的目标是使电机电流能够严格跟随给定变化。而在工程实践中，永磁同步电机运行工况复杂，环境差异较大，且随着服役年限的增大，转子永磁体受到电磁、热、机械等应力会产生失磁故障。失磁故障将会导致预测控制器电机模型磁链参数与实际电机磁链参数不一致。这将直接影响控制系统的性能，致使牵引系统效率降低，无法输出额定转矩，以及无法工作在力矩控制模式等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置，本发明一方面采用预测转速控制器来实现转速控制，同时设计积分终端滑模观测器来观测外界负载扰动以及永磁体失磁所引起的不确定项，从而来增加转速控制的鲁棒性，另一方面设计了滑模观测器来观测永磁体失磁时的状态电流，并将状态电流的观测值作为反馈量输入电流预测控制器中，从而来增加预测电流控制器的鲁棒性。本发明消除了永磁体失磁对永磁同步电机控制造成的影响，增强了对永磁体失磁的自适应性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法，实施步骤包括：
1)获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq；
2)设计失磁转矩检测滑模观测器，将q轴电流iq与转速ω输入失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值
3)根据参考转速ωref、失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值进行容错预测转速控制计算q轴指令电流
4)设计失磁磁链检测滑模观测器，将d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq与转速ω输入失磁磁链检测滑模观测器，得到d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值
5)设定d轴指令电流为0，根据d轴指令电流q轴指令电流d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值进行容错预测电流控制计算d轴指令电压和q轴指令电压
6)将d轴指令电压和q轴指令电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ；
7)将两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。
优选地，步骤1)中获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq的详细步骤包括：根据永磁同步电机的光电编码器得到永磁同步电机的转速ω，将永磁同步电机输出的三相电流iabc进行abc/dq坐标转换得到d轴电流id以及q轴电流iq，将永磁同步电机输出的ab相电压uab和bc相电压ubc进行abc/dq坐标转换得到d轴电压ud以及q轴电压uq。
优选地，步骤2)的详细步骤包括：
2.1)基于q轴电流iq与转速ω建立如式(1)所示的永磁体失磁情况下永磁同步电机的运动方程；
式(1)中，为转速ω的积分，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，np为极对数，ψro为永磁体磁链，iq为q轴电流，fω为永磁体失磁引起的不确定项，△ψrd为永磁体失磁后磁链在d轴上的变量，TL为负载转矩；
2.2)选取如式(2)所示的积分终端滑模面；
式(2)中，soω为积分终端滑模面，λ为大于0的参数，sgn(·)为符号函数，eoω为转速ω的观测值转速ω之间的差值，τ和t为时间；
2.3)设计如式(3)所示的积分终端滑模观测器，得到转速的观测值
式(3)中，为积分终端滑模观测器，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，为转速ω的观测值，np为极对数，ψro为永磁体磁链，iq为q轴电流，Uoω为滑模控制律；
2.4)设计如式(4)所示的滑模控制律；
式(4)中，Uoω为滑模控制律，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，eoω为转速ω的观测值转速ω之间的差值，λ为大于0的参数，sgn(·)为符号函数，soω为积分终端滑模面，l1和ls1分别为大于0的待设计参数；
2.5)求解如式(5)所示的永磁体失磁情况下的不确定项得到失磁扰动估计值
式(5)中，为失磁扰动估计值，J为转动惯量，np为极对数，Uoω为滑模控制律。
优选地，步骤3)中计算q轴指令电流的函数表达式如式(6)所示；
式(6)中，为q轴指令电流，np为极对数，ψro为永磁体磁链，Td为采样周期，为转速指令值ωref、转速的观测值之间的差值，为转速的观测值，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，为失磁扰动估计值。
优选地，步骤4)的详细步骤包括：
4.1)建立如式(7)所示的永磁体失磁故障情况下的永磁同步电机状态方程；
式(7)中，x和y均为d轴电流和q轴电流组成的矢量，为矩阵x的积分，u为d轴电压和q轴电压组成的矩阵，中间矩阵A,B,C,D的函数表达式分别如式(8)～(15)所示；
式(8)～(12)中，ud为d轴电压，uq为q轴电压，id为d轴电流，iq为q轴电流，ψro为永磁体磁链，△ψrd为永磁体磁链ψr在d轴上的变量，△ψrd小于0，△ψrq为永磁体磁链ψr在q轴上的变量，△ψrq大于0，R为定子电阻，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，ω为永磁同步电机的转速；
4.2)选取如式(16)所示的滑模面；
式(16)中，e为选取的滑模面，x为d轴电流和q轴电流组成的矢量，为x矩阵的观测值构成的矢量，e1为d轴电流id和d轴电流观测值之间的差值，e2为q轴电流iq和q轴电流观测值之间的差值；
4.3)设计如式(17)所示的失磁磁链检测滑模观测器，得到d轴电流的观测值q轴电流的观测值
式(17)中，为d轴电流和q轴电流组成的矩阵x的观测值的积分，A为式(9)所示的中间矩阵，B为式(10)所示的中间矩阵，u为d轴电压和q轴电压组成的矢量，ω为永磁同步电机的转速，为滑模控制项，sgn(·)为符号函数，k和H为待设计矩阵，且有待设计矩阵k的表达式如式(18)所示；
式(18)中，构成待设计矩阵k的变量k1和k2均大于0；
4.4)求解如式(19)所示永磁体失磁情况下磁链的观测值；
式(19)中，为永磁体磁链ψr在q轴上的变量△ψrq的观测值，为永磁体磁链ψr在d轴上的变量△ψrd的观测值，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，和为待设计矩阵的任意k1和k2，sgn(·)为符号函数，e1为d轴电流id和d轴电流观测值之间的差值，e2为q轴电流iq和q轴电流观测值之间的差值，ψro为永磁体磁链；
4.5)根据如式(20)计算状态电流观测值，分别得到永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值
式(20)中，为第k个采样时刻的永磁体失磁后的d轴状态电流观测值 为第k个采样时刻的永磁体失磁后的q轴状态电流观测值R为定子电阻，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，Td为采样周期，id(k)为第k个采样时刻的d轴电流，iq(k)为第k个采样时刻的q轴电流，ω(k)为第k个采样时刻的永磁同步电机的转速，ψro为永磁体磁链，为永磁体磁链ψr在q轴上的变量△ψrq的观测值，为永磁体磁链ψr在d轴上的变量△ψrd的观测值。
优选地，步骤5)中计算d轴指令电压和q轴指令电压的函数表达式如式(21)所示；
式(21)中，u(k)为d轴指令电压和q轴指令电压构成的矢量，F的函数表达式如式(22)所示，iref(k+1)为如式(23)所示的第k+1个采样时刻的电流指令值，为如式(24)所示的第k个采样时刻的永磁同步电机的运行状态，为如式(25)所示的永磁体失磁后的状态电流观测值，u(k)为如式(26)所示的d轴指令电压和q轴指令电压构成的矢量；
式(22)～式(26)中，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，Td为采样周期，为第k+1个采样时刻的d轴电流指令值，为第k+1个采样时刻的q轴电流指令值，为d轴电流的观测值，为q轴电流的观测值，为第k个采样时刻的永磁体失磁后的d轴状态电流观测值 为第k个采样时刻的永磁体失磁后的q轴状态电流观测值 为第k个采样时刻的d轴指令电压 为第k个采样时刻的q轴指令电压
本发明还提供一种用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制装置，包括：
数据采集程序单元，用于获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq；
失磁转矩检测滑模观测程序单元，用于设计失磁转矩检测滑模观测器，将q轴电流iq与转速ω输入失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值
容错预测转速控制程序单元，用于根据参考转速ωref、失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值进行容错预测转速控制计算q轴指令电流
失磁磁链检测滑模观测程序单元，用于设计失磁磁链检测滑模观测器，将d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq与转速ω输入失磁磁链检测滑模观测器，得到d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值
容错预测电流控制程序单元，用于设定d轴指令电流为0，根据d轴指令电流q轴指令电流d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值进行容错预测电流控制计算d轴指令电压和q轴指令电压
指令电压坐标变换程序单元，用于将d轴指令电压和q轴指令电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ；
SVPWM调制程序单元，用于将两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。
本发明用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法具有下述优点：
1)本发明实现了预测转速控制与预测电流控制的一体化设计。
2)本发明增强了转速环控制和电流环控制对永磁体失磁的鲁棒性，提升了永磁同步电机控制的效果，消除了永磁体失磁对永磁同步电机控制造成的影响，增强了对永磁体失磁的自适应性。
本发明用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制装置为本发明用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法的步骤完全对应的程序单元构成的装置，其同样也具有本发明用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法的前述优点，故在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例方法的控制原理示意图。
图3为永磁同步电机永磁体失磁后磁链的变化示意图。
图4为本发明实施例装置的框架结构示意图。
图5为应用本发明实施例方法/装置的控制系统结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法的实施步骤包括：
1)获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq；
2)设计失磁转矩检测滑模观测器，将q轴电流iq与转速ω输入失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值
3)根据参考转速ωref、失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值进行容错预测转速控制计算q轴指令电流
4)设计失磁磁链检测滑模观测器，将d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq与转速ω输入失磁磁链检测滑模观测器，得到d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值
5)设定d轴指令电流为0，根据d轴指令电流q轴指令电流d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值进行容错预测电流控制计算d轴指令电压和q轴指令电压
6)将d轴指令电压和q轴指令电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ；
7)将两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。
本实施例中，步骤1)中获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq的详细步骤包括：根据永磁同步电机的光电编码器得到永磁同步电机的转速ω，将永磁同步电机输出的三相电流iabc进行abc/dq坐标转换得到d轴电流id以及q轴电流iq，将永磁同步电机输出的ab相电压uab和bc相电压ubc进行abc/dq坐标转换得到d轴电压ud以及q轴电压uq。
本实施例中，步骤2)的详细步骤包括：
2.1)基于q轴电流iq与转速ω建立如式(1)所示的永磁体失磁情况下永磁同步电机的运动方程；
式(1)中，为转速ω的积分，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，np为极对数，ψro为永磁体磁链，iq为q轴电流，fω为永磁体失磁引起的不确定项，△ψrd为永磁体失磁后磁链在d轴上的变量，TL为负载转矩；
2.2)选取如式(2)所示的积分终端滑模面；
式(2)中，soω为积分终端滑模面，λ为大于0的参数，sgn(·)为符号函数，eoω为转速ω的观测值转速ω之间的差值，τ和t为时间；
2.3)设计如式(3)所示的积分终端滑模观测器，得到转速的观测值
式(3)中，为积分终端滑模观测器，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，为转速ω的观测值，np为极对数，ψro为永磁体磁链，iq为q轴电流，Uoω为滑模控制律；参见图3，永磁同步电机的永磁体失磁时，磁链矢量由初始的ψro变化至ψr，永磁同步电机的磁场定向方向将存在偏差角γ；
2.4)设计如式(4)所示的滑模控制律；
式(4)中，Uoω为滑模控制律，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，eoω为转速ω的观测值转速ω之间的差值，λ为大于0的参数，sgn(·)为符号函数，soω为积分终端滑模面，l1和ls1分别为大于0的待设计参数；
2.5)求解如式(5)所示的永磁体失磁情况下的不确定项得到失磁扰动估计值
式(5)中，为失磁扰动估计值，J为转动惯量，np为极对数，Uoω为滑模控制律。
本实施例中，步骤3)中计算q轴指令电流的函数表达式如式(6)所示；
式(6)中，为q轴指令电流，np为极对数，ψro为永磁体磁链，Td为采样周期，为转速指令值ωref、转速的观测值之间的差值，为转速的观测值，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，为失磁扰动估计值。
本实施例中，步骤4)的详细步骤包括：
4.1)建立如式(7)所示的永磁体失磁故障情况下的永磁同步电机状态方程；
式(7)中，x和y均为d轴电流和q轴电流组成的矢量，为矩阵x的积分，u为d轴电压和q轴电压组成的矩阵，中间矩阵A,B,C,D的函数表达式分别如式(8)～(15)所示；
式(8)～(12)中，ud为d轴电压，uq为q轴电压，id为d轴电流，iq为q轴电流，ψro为永磁体磁链，△ψrd为永磁体磁链ψr在d轴上的变量，△ψrd小于0，△ψrq为永磁体磁链ψr在q轴上的变量，△ψrq大于0，R为定子电阻，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，ω为永磁同步电机的转速；
4.2)选取如式(16)所示的滑模面；
式(16)中，e为选取的滑模面，x为d轴电流和q轴电流组成的矢量，为x矩阵的观测值构成的矢量，e1为d轴电流id和d轴电流观测值之间的差值，e2为q轴电流iq和q轴电流观测值之间的差值；
4.3)设计如式(17)所示的失磁磁链检测滑模观测器，得到d轴电流的观测值q轴电流的观测值
式(17)中，为d轴电流和q轴电流组成的矩阵x的观测值的积分，A为式(9)所示的中间矩阵，B为式(10)所示的中间矩阵，u为d轴电压和q轴电压组成的矢量，ω为永磁同步电机的转速，为滑模控制项，sgn(·)为符号函数，k和H为待设计矩阵，且有待设计矩阵k的表达式如式(18)所示；
式(18)中，构成待设计矩阵k的变量k1和k2均大于0；
4.4)求解如式(19)所示永磁体失磁情况下磁链的观测值；
式(19)中，为永磁体磁链ψr在q轴上的变量△ψrq的观测值，为永磁体磁链ψr在d轴上的变量△ψrd的观测值，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，和为待设计矩阵的任意k1和k2，sgn(·)为符号函数，e1为d轴电流id和d轴电流观测值之间的差值，e2为q轴电流iq和q轴电流观测值之间的差值，ψro为永磁体磁链；
4.5)根据如式(20)计算状态电流观测值，分别得到永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值
式(20)中，为第k个采样时刻的永磁体失磁后的d轴状态电流观测值 为第k个采样时刻的永磁体失磁后的q轴状态电流观测值R为定子电阻，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，Td为采样周期，id(k)为第k个采样时刻的d轴电流，iq(k)为第k个采样时刻的q轴电流，ω(k)为第k个采样时刻的永磁同步电机的转速，ψro为永磁体磁链，为永磁体磁链ψr在q轴上的变量△ψrq的观测值，为永磁体磁链ψr在d轴上的变量△ψrd的观测值。
本实施例中，步骤5)中计算d轴指令电压和q轴指令电压的函数表达式如式(21)所示；
式(21)中，u(k)为d轴指令电压和q轴指令电压构成的矢量，F的函数表达式如式(22)所示，iref(k+1)为如式(23)所示的第k+1个采样时刻的电流指令值，为如式(24)所示的第k个采样时刻的永磁同步电机的运行状态，为如式(25)所示的永磁体失磁后的状态电流观测值，u(k)为如式(26)所示的d轴指令电压和q轴指令电压构成的矢量；
式(22)～式(26)中，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，Td为采样周期，为第k+1个采样时刻的d轴电流指令值，为第k+1个采样时刻的q轴电流指令值，为d轴电流的观测值，为q轴电流的观测值，为第k个采样时刻的永磁体失磁后的d轴状态电流观测值 为第k个采样时刻的永磁体失磁后的q轴状态电流观测值 为第k个采样时刻的d轴指令电压 为第k个采样时刻的q轴指令电压
本实施例用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法具体是通过计算机程序来实现的，如图4所示，本实施例通过前述计算机程序实现的用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制装置包括：
数据采集程序单元，用于获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq；
失磁转矩检测滑模观测程序单元，用于设计失磁转矩检测滑模观测器，将q轴电流iq与转速ω输入失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值
容错预测转速控制程序单元，用于根据参考转速ωref、失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值进行容错预测转速控制计算q轴指令电流
失磁磁链检测滑模观测程序单元，用于设计失磁磁链检测滑模观测器，将d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq与转速ω输入失磁磁链检测滑模观测器，得到d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值
容错预测电流控制程序单元，用于设定d轴指令电流为0，根据d轴指令电流q轴指令电流d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值进行容错预测电流控制计算d轴指令电压和q轴指令电压
指令电压坐标变换程序单元，用于将d轴指令电压和q轴指令电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ；
SVPWM调制程序单元，用于将两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。
如图5所示，应用本实施例用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法/装置的系统包括永磁同步电机PMSM、信号采集模块、光电编码器、保护调理电路、DSP数字控制器、隔离保护驱动电路和布置于永磁同步电机PMSM输出回路上的逆变器主电路。其中，光电编码器用于检测并获取电机的转速与转子的位置，并将获取的转速与转子的位置发送给保护调理电路；信号采集模块用于检测并获取电机的定子电流、定子电压，并将获取的定子电流、定子电压发送给保护调理电路；保护调理电路，用于接收光电编码器、信号采集模块输出的电机转速、转子的位置、定子电流、定子电压，并对接收的信号进行调理保护。DSP数字控制器即为应用本实施例用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法/装置的物理设备，其通过数据采集程序单元向保护调理电路获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq，最终通过SVPWM调制程序单元生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号，并通过隔离保护驱动电路控制布置于永磁同步电机PMSM输出回路上的逆变器主电路，驱动逆变器主电路的六个开关管动作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法，其特征在于实施步骤包括：
1)获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq；
2)设计失磁转矩检测滑模观测器，将q轴电流iq与转速ω输入失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值
3)根据参考转速ωref、失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值进行容错预测转速控制计算q轴指令电流
4)设计失磁磁链检测滑模观测器，将d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq与转速ω输入失磁磁链检测滑模观测器，得到d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值
5)设定d轴指令电流为0，根据d轴指令电流q轴指令电流d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值进行容错预测电流控制计算d轴指令电压和q轴指令电压
6)将d轴指令电压和q轴指令电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ；
7)将两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法，其特征在于，步骤1)中获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq的详细步骤包括：根据永磁同步电机的光电编码器得到永磁同步电机的转速ω，将永磁同步电机输出的三相电流iabc进行abc/dq坐标转换得到d轴电流id以及q轴电流iq，将永磁同步电机输出的ab相电压uab和bc相电压ubc进行abc/dq坐标转换得到d轴电压ud以及q轴电压uq。
3.根据权利要求1所述的用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法，其特征在于，步骤2)的详细步骤包括：
2.1)基于q轴电流iq与转速ω建立如式(1)所示的永磁体失磁情况下永磁同步电机的运动方程；
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>B</mi> <mi>J</mi> </mfrac> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1.5</mn> <msubsup> <mi>n</mi> <mi>p</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mi>J</mi> </mfrac> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>n</mi> <mi>p</mi> </msub> <mi>J</mi> </mfrac> <msub> <mi>f</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mn>1.5</mn> <msub> <mi>n</mi> <mi>p</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;Delta;&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>L</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(1)中，为转速ω的积分，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，np为极对数，ψro为永磁体磁链，iq为q轴电流，fω为永磁体失磁引起的不确定项，Δψrd为永磁体失磁后磁链在d轴上的变量，TL为负载转矩；
2.2)选取如式(2)所示的积分终端滑模面；
<mrow> <msub> <mi>s</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;lambda;</mi> <msubsup> <mo>&amp;Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>t</mi> </msubsup> <mi>sgn</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mi>d</mi> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(2)中，soω为积分终端滑模面，λ为大于0的参数，sgn(·)为符号函数，eoω为转速ω的观测值转速ω之间的差值，τ和t为时间；
2.3)设计如式(3)所示的积分终端滑模观测器，得到转速的观测值
<mrow> <mover> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>B</mi> <mi>J</mi> </mfrac> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1.5</mn> <msubsup> <mi>n</mi> <mi>p</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mi>J</mi> </mfrac> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(3)中，为积分终端滑模观测器，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，为转速ω的观测值，np为极对数，ψro为永磁体磁链，iq为q轴电流，Uoω为滑模控制律；
2.4)设计如式(4)所示的滑模控制律；
<mrow> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>B</mi> <mi>J</mi> </mfrac> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;lambda;</mi> <mi>sgn</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>l</mi> <mn>1</mn> </msub> <msub> <mi>s</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>l</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mi>sgn</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>s</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(4)中，Uoω为滑模控制律，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，eoω为转速ω的观测值转速ω之间的差值，λ为大于0的参数，sgn(·)为符号函数，soω为积分终端滑模面，l1和ls1分别为大于0的待设计参数；
2.5)求解如式(5)所示的永磁体失磁情况下的不确定项得到失磁扰动估计值
<mrow> <msub> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>&amp;omega;</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>J</mi> <mo>/</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>p</mi> </msub> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>&amp;omega;</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(5)中，为失磁扰动估计值，J为转动惯量，np为极对数，Uoω为滑模控制律。
4.根据权利要求1所述的用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法，其特征在于，步骤3)中计算q轴指令电流的函数表达式如式(6)所示；
<mrow> <msubsup> <mi>i</mi> <mi>q</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msubsup> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>J</mi> <mrow> <mn>1.5</mn> <msubsup> <mi>n</mi> <mi>p</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mn>3</mn> <msub> <mi>T</mi> <mi>d</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mover> <mi>e</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>&amp;omega;</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mi>B</mi> <mi>J</mi> </mfrac> <mover> <mi>&amp;omega;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>n</mi> <mi>p</mi> </msub> <mi>J</mi> </mfrac> <msub> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>&amp;omega;</mi> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(6)中，为q轴指令电流，np为极对数，ψro为永磁体磁链，Td为采样周期，为转速指令值ωref、转速的观测值之间的差值，为转速的观测值，B为阻力摩擦系数，J为转动惯量，为失磁扰动估计值。
5.根据权利要求1所述的用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法，其特征在于，步骤4)的详细步骤包括：
4.1)建立如式(7)所示的永磁体失磁故障情况下的永磁同步电机状态方程；
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mover> <mi>x</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mi>A</mi> <mi>x</mi> <mo>+</mo> <mi>B</mi> <mi>u</mi> <mo>+</mo> <mi>D</mi> <msub> <mover> <mi>f</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mi>a</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mi>C</mi> <mi>x</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(7)中，x和y均为d轴电流和q轴电流组成的矢量，为矩阵x的积分，u为d轴电压和q轴电压组成的矩阵，中间矩阵A,B,C,D的函数表达式分别如式(8)～(15)所示；
<mrow> <mi>x</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mi>u</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>u</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>u</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>10</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <msub> <mover> <mi>f</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mi>a</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> 2
<mrow> <mi>A</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>R</mi> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>&amp;omega;</mi> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>&amp;omega;</mi> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>R</mi> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>12</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mi>B</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> </mfrac> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>13</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mi>C</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mn>1</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>14</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
<mrow> <mi>D</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <mfrac> <mi>&amp;omega;</mi> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>&amp;omega;</mi> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>15</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(8)～(12)中，ud为d轴电压，uq为q轴电压，id为d轴电流，iq为q轴电流，ψro为永磁体磁链，Δψrd为永磁体磁链ψr在d轴上的变量，Δψrd小于0，Δψrq为永磁体磁链ψr在q轴上的变量，Δψrq大于0，R为定子电阻，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，ω为永磁同步电机的转速；
4.2)选取如式(16)所示的滑模面；
<mrow> <mi>e</mi> <mo>=</mo> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>e</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>i</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>d</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>i</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>q</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>16</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(16)中，e为选取的滑模面，x为d轴电流和q轴电流组成的矢量，为x矩阵的观测值构成的矢量，e1为d轴电流id和d轴电流观测值之间的差值，e2为q轴电流iq和q轴电流观测值之间的差值；
4.3)设计如式(17)所示的失磁磁链检测滑模观测器，得到d轴电流的观测值q轴电流的观测值
<mrow> <mover> <mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mi>A</mi> <mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>+</mo> <mi>B</mi> <mi>u</mi> <mo>+</mo> <mi>H</mi> <mi>&amp;omega;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>y</mi> <mo>-</mo> <mover> <mi>y</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mi>sgn</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo> </mover> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>17</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(17)中，为d轴电流和q轴电流组成的矩阵x的观测值的积分，A为式(9)所示的中间矩阵，B为式(10)所示的中间矩阵，u为d轴电压和q轴电压组成的矢量，ω为永磁同步电机的转速，为滑模控制项，sgn(·)为符号函数，k和H为待设计矩阵，且有待设计矩阵k的表达式如式(18)所示；
<mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mn>0</mn> </mtd> <mtd> <msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>18</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(18)中，构成待设计矩阵k的变量k1和k2均大于0；
4.4)求解如式(19)所示永磁体失磁情况下磁链的观测值；
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <msub> <mover> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mi>r</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> <msub> <mover> <mi>k</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mi>sgn</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <msub> <mover> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mi>r</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> <msub> <mover> <mi>k</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> <mi>sgn</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>e</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>19</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(19)中，为永磁体磁链ψr在q轴上的变量Δψrq的观测值，为永磁体磁链ψr在d轴上的变量Δψrd的观测值，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，和为待设计矩阵的任意k1和k2，sgn(·)为符号函数，e1为d轴电流id和d轴电流观测值之间的差值，e2为q轴电流iq和q轴电流观测值之间的差值，ψro为永磁体磁链；
4.5)根据如式(20)计算状态电流观测值，分别得到永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>d</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>R</mi> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>d</mi> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>d</mi> </msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <msub> <mover> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mi>r</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>d</mi> </msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>q</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>d</mi> </msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>i</mi> <mi>d</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mi>R</mi> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>d</mi> </msub> <msub> <mi>i</mi> <mi>q</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>&amp;psi;</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>d</mi> </msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <msub> <mover> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mi>r</mi> <mi>d</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mi>d</mi> </msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>20</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(20)中，为第k个采样时刻的永磁体失磁后的d轴状态电流观测值 为第k个采样时刻的永磁体失磁后的q轴状态电流观测值R为定子电阻，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，Td为采样周期，id(k)为第k个采样时刻的d轴电流，iq(k)为第k个采样时刻的q轴电流，ω(k)为第k个采样时刻的永磁同步电机的转速，ψro为永磁体磁链，为永磁体磁链ψr在q轴上的变量Δψrq的观测值，为永磁体磁链ψr在d轴上的变量Δψrd的观测值。
6.根据权利要求1所述的用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法，其特征在于，步骤5)中计算d轴指令电压和q轴指令电压的函数表达式如式(21)所示；
<mrow> <mi>u</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msup> <mi>F</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msup> <mi>i</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mover> <mi>i</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mover> <mi>f</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>21</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(21)中，u(k)为d轴指令电压和q轴指令电压构成的矢量，F的函数表达式如式(22)所示，iref(k+1)为如式(23)所示的第k+1个采样时刻的电流指令值，为如式(24)所示的第k个采样时刻的永磁同步电机的运行状态，为如式(25)所示的永磁体失磁后的状态电流观测值，u(k)为如式(26)所示的d轴指令电压和q轴指令电压构成的矢量；
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式(22)～式(26)中，Ld为d轴电感，Lq为q轴电感，Td为采样周期，为第k+1个采样时刻的d轴电流指令值，为第k+1个采样时刻的q轴电流指令值，为d轴电流的观测值，为q轴电流的观测值，为第k个采样时刻的永磁体失磁后的d轴状态电流观测值 为第k个采样时刻的永磁体失磁后的q轴状态电流观测值 为第k个采样时刻的d轴指令电压 为第k个采样时刻的q轴指令电压
7.一种用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制装置，其特征在于包括：
数据采集程序单元，用于获取永磁同步电机的转速ω及d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq；
失磁转矩检测滑模观测程序单元，用于设计失磁转矩检测滑模观测器，将q轴电流iq与转速ω输入失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值
容错预测转速控制程序单元，用于根据参考转速ωref、失磁转矩检测滑模观测器中得到失磁扰动估计值和转速的观测值进行容错预测转速控制计算q轴指令电流
失磁磁链检测滑模观测程序单元，用于设计失磁磁链检测滑模观测器，将d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id以及q轴电流iq与转速ω输入失磁磁链检测滑模观测器，得到d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值
容错预测电流控制程序单元，用于设定d轴指令电流为0，根据d轴指令电流q轴指令电流d轴电流的观测值q轴电流的观测值永磁体失磁后的d轴状态电流观测值以及q轴状态电流观测值进行容错预测电流控制计算d轴指令电压和q轴指令电压
指令电压坐标变换程序单元，用于将d轴指令电压和q轴指令电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ；
SVPWM调制程序单元，用于将两相静止坐标系下的α相指令电压uα和β相指令电压uβ经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。
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