CN110034719B - 一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，首先建立各相绕组悬浮电流产生的悬浮力模型；然后，借助各相悬浮电流与直角坐标系悬浮电流关系，最终建立起缺相后直角坐标系悬浮电流与悬浮力关系数学模型。基于建立的悬浮力数学模型，构建转子x和y径向位移闭环控制策略。利用剩余相中转矩电流和悬浮电流α轴分量计算o₂零序电流给定，实现零序电流的正确注入。本发明可以实现定子绕组由无故障不间断切换至缺相故障状态运行，有效提高了转子稳定悬浮运行的可靠性。

Description

一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法

技术领域

本发明涉及电子领域，特别是一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法。

背景技术

定子永磁型磁通切换电机永磁体嵌入定子铁心中，转子为无绕组的铁心结构，可以有效避免永磁体因温升导致的退磁风险，具有工作效率高、转子运行平稳、适宜转子高速运行等优点，但由于电机转子采用机械轴承支撑，限制了转子转速的提高，同时也产生了因机械摩擦、轴承润滑而导致的污染问题。

为了克服机械轴承支撑带来的不利问题，把无轴承技术引入该电机中，从而构成无轴承磁通切换电机。为了实现转子径向悬浮，需要利用调制磁场打破电机气隙中的平衡磁场，从而产生满足转子径向悬浮的悬浮力。一种调制磁场的产生利用在定子铁心中嵌入一套独立的悬浮绕组产生，但这样会在定子槽空间受限情况下，减少了转矩绕组的匝数，从而降低了电机的带负载能力。另一种方法，把原有的三相绕组拆分为对称六相绕组，利用空间对称绕组中流过同方向的悬浮电流分量，产生满足转子悬浮需要的悬浮力，该方法有利于电机输出转矩能力的充分发挥。

六相单绕组无轴承磁通切换电机有5个可控自由度，控制转子切向旋转占用2个自由度，控制转子径向悬浮力占用2个自由度，还有1个自由度可以用于他控。为了提高电机运行的可靠性，需要定子绕组缺相后还能稳定悬浮旋转运行。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，以解决电机缺一相情况下转子稳定悬浮运行需要。

本发明采用以下方案实现：一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：采集无轴承磁通切换电机转子x、y方向径向位移量x和y，并进行x、y方向转子径向位移误差计算得到x、y方向径向位移控制误差Δx和Δy；

步骤S2：将步骤S1中所述的x、y方向径向位移控制误差Δx和Δy输入到转子径向位移PI控制器中得到x、y方向悬浮力给定值F_x ^*和F_y ^*；

步骤S3：采集六相电流实际值i_sA、i_sB、i_sC、i_sD、i_sE、i_sF和无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r；

步骤S4：将所述六相电流实际值进行转矩电流给定值以及悬浮电流给定值计算，得到静止坐标系αT轴和βT轴转矩电流实际值i_αT和i_βT，静止坐标系αS轴和βS轴悬浮电流实际值i_αS和i_βS；

步骤S5：将αT轴和βT轴转矩电流实际值i_αT和i_βT、所述无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r进行旋转坐标系dT轴和qT轴转矩电流实际值计算，得到dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT；

步骤S6：将αS轴和βS轴悬浮电流实际值i_αS和i_βS、dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT以及所述x、y方向悬浮力给定值F_x ^*和F_y ^*进行悬浮电流给定值计算，得到旋转坐标系dS轴和qS轴悬浮电流给定值i_dS ^*和i_qS ^*；

步骤S7：将dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT进行

角计算，得到

角；

步骤S8：将dS轴和qS轴悬浮电流给定值i_dS ^*和i_qS ^*、无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r以及

角进行αS轴和βS轴悬浮电流给定值计算，得到αS轴和βS轴悬浮电流给定值i_αS ^*和i_βS ^*；

步骤S9：将dT轴和qT轴转矩电流给定值i_dT ^*和i_qT ^*以及无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r进行αT轴和βT轴转矩电流给定值计算，得到αT轴和βT轴转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*；

步骤S10：对所述悬浮电流给定值i_αS ^*和所述转矩电流给定值i_αT ^*进行零序电流给定值计算得到零序电流给定值i_o2 ^*；

步骤S11：通过悬浮电流给定值i_αS ^*和i_βS ^*、转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*以及零序电流给定值i_o1 ^*和i_o2 ^*进行五相电流给定值计算，得到B～F相五相电流给定值i_sD ^*、i_sE ^*、i_sD ^*、i_sE ^*、i_sF ^*；

i_o1 ^*＝0；

步骤S12：根据五相电流给定值i_sD ^*、i_sE ^*、i_sD ^*、i_sE ^*、i_sF ^*和五相电流实际值i_sB、i_sC、i_sD、i_sE、i_sF得到控制五相逆变桥臂开关状态量S_B～S_F，其中，当对应相桥臂上管导通，下管关断时S_i＝1，i＝B～F；当对应相桥臂上管关断，下管导通时S_i＝0，i＝B～E；上管和下管互补导通，在S_B-S_F控制作用下，逆变器输出满足要求的定子电流，实现电机缺相容错运行控制。

进一步地，步骤S1中所述根据径向位移量x和y，进行x、y方向转子径向位移误差计算得到x、y方向径向位移控制误差Δx和Δy的具体计算公式为：

其中，x^*表示x方向偏移量给定值；y^*表示y方向偏移量给定值。

进一步地，所述步骤S3中定子六相绕组电流i_sA、i_sB、i_sC、i_sD、i_sE、i_sF是由控制转子旋转的转矩电流分量i_AT～i_FT和控制转子悬浮的悬浮电流分量i_AS～i_FS组成，即：

进一步地，步骤S4中所述静止坐标系αT轴和βT轴转矩电流实际值i_αT和i_βT为：

所述静止坐标系αS轴和βS轴悬浮电流实际值i_αS和i_βS为：

进一步地，步骤S5中所述dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT为：

进一步地，步骤S8中计算悬浮电流给定值的计算公式为：

进一步地，步骤S9中计算得到转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*的具体计算公式为：

i_dT ^*＝0

其中，i_dT ^*表示dT轴转矩电流给定值；i_qT ^*表示qT轴转矩电流给定值；ψ_f为等效三相电机一相绕组耦合永磁体磁链幅值；T_e ^*表示转矩给定值；p表示电机转子齿数。

进一步地，所述步骤S11的具体计算公式为：

其中，i_o1 ^*表示零序坐标系o1轴零序电流给定值；i_o1 ^*＝0。

进一步地，步骤S12中，五相逆变桥臂开关状态量S_B～S_F计算采用电流滞环控制策略得到：

当

时，S_i＝1(i＝A～F)；

当时

S_i＝0(i＝A～F)；

式中，ε为允许设定的电流控制误差。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

1)本发明转子悬浮力模型中考虑了缺相绕组的影响因数，且基于该缺相悬浮力模型构建电机缺一相情况下的转子稳定悬浮容错运行方法，实现了电机缺相后转子悬浮运行的可靠性；

2)本发明利用实际的悬浮电流分量对悬浮力控制通道进行前馈补偿，使得x、y转子径向位移闭环控制线性化，有利于系统闭环控制的稳定；

3)本发明利用悬浮电流和转矩电流实时计算零序电流，且有效注入到定子绕组健康相中，改善了健康相绕组电流的控制；

4)本发明可以实现定子绕组由无故障不间断切换至缺相故障状态运行，有效提高了转子稳定悬浮运行的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制结构框图。

图2为本发明实施例的无轴承磁通切换电机横截面示意图。

图3为本发明实施例的驱动系统硬件结构。

图4为本发明实施例的坐标系定义图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供了一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，包括以下步骤：

包括以下步骤：

步骤S1：采集无轴承磁通切换电机转子x、y方向径向位移量x和y，并进行x、y方向转子径向位移误差计算得到x、y方向径向位移控制误差Δx和Δy；

步骤S2：将步骤S1中所述的x、y方向径向位移控制误差Δx和Δy输入到转子径向位移PI控制器中得到x、y方向悬浮力给定值F_x ^*和F_y ^*(F_x ^*和F_y ^*是根据PI控制器输出得到)；

步骤S3：采集六相电流实际值i_sA、i_sB、i_sC、i_sD、i_sE、i_sF和无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r；

步骤S4：将所述六相电流实际值进行转矩电流给定值以及悬浮电流给定值计算，得到静止坐标系αT轴和βT轴转矩电流实际值i_αT和i_βT，静止坐标系αS轴和βS轴悬浮电流实际值i_αS和i_βS；

步骤S5：将αT轴和βT轴转矩电流实际值i_αT和i_βT、所述无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r进行旋转坐标系dT轴和qT轴转矩电流实际值计算，得到dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT；

步骤S6：将αS轴和βS轴悬浮电流实际值i_αS和i_βS、dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT以及所述x、y方向悬浮力给定值F_x ^*和F_y ^*进行悬浮电流给定值计算，得到旋转坐标系dS轴和qS轴悬浮电流给定值i_dS ^*和i_qS ^*；

步骤S7：将dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT进行

角计算，得到

角；

步骤S8：将dS轴和qS轴悬浮电流给定值i_dS ^*和i_qS ^*、无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r以及

角进行αS轴和βS轴悬浮电流给定值计算，得到αS轴和βS轴悬浮电流给定值i_αS ^*和i_βS ^*；

步骤S9：将dT轴和qT轴转矩电流给定值i_dT ^*和i_qT ^*以及无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r进行αT轴和βT轴转矩电流给定值计算，得到αT轴和βT轴转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*；

步骤S10：对所述悬浮电流给定值i_αS ^*和所述转矩电流给定值i_αT ^*进行零序电流给定值计算得到零序电流给定值i_o2 ^*；

步骤S11：通过悬浮电流给定值i_αS ^*和i_βS ^*、转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*以及零序电流给定值i_o1 ^*和i_o2 ^*进行五相电流给定值计算，得到B～F相五相电流给定值i_sD ^*、i_sE ^*、i_sD ^*、i_sE ^*、i_sF ^*；

i_o1 ^*＝0；

步骤S12：根据五相电流给定值i_sD ^*、i_sE ^*、i_sD ^*、i_sE ^*、i_sF ^*和五相电流实际值i_sB、i_sC、i_sD、i_sE、i_sF得到控制五相逆变桥臂开关状态量S_B～S_F，其中，当对应相桥臂上管导通，下管关断时S_i＝1，i＝B～F；当对应相桥臂上管关断，下管导通时S_i＝0，i＝B～E；上管和下管互补导通，在S_B-S_F控制作用下，逆变器输出满足要求的定子电流，实现电机缺相容错运行控制。

在本实施例中，步骤S1中所述根据径向位移量x和y，进行x、y方向转子径向位移误差计算得到x、y方向径向位移控制误差Δx和Δy的具体计算公式为：

其中，x^*表示x方向偏移量给定值；y^*表示y方向偏移量给定值。

在本实施例中，所述步骤S3中定子六相绕组电流i_sA、i_sB、i_sC、i_sD、i_sE、i_sF是由控制转子旋转的转矩电流分量i_AT～i_FT和控制转子悬浮的悬浮电流分量i_AS～i_FS组成，即：

在本实施例中，步骤S4中所述静止坐标系αT轴和βT轴转矩电流实际值i_αT和i_βT为：

所述静止坐标系αS轴和βS轴悬浮电流实际值i_αS和i_βS为：

在本实施例中，步骤S5中所述dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT为：

在本实例中，步骤S8中计算悬浮电流给定值的计算公式为：

在本实施例中，步骤S9中计算得到转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*的具体计算公式为：

i_dT ^*＝0

其中，i_dT ^*表示dT轴转矩电流给定值；i_qT ^*表示qT轴转矩电流给定值；ψ_f为等效三相电机一相绕组耦合永磁体磁链幅值；T_e ^*表示转矩给定值；p表示电机转子齿数。

在本实施例中，所述步骤S11的具体计算公式为：

其中，i^* _o1为o1轴零序电流给定值。

在本实施例中，步骤S12中，五相逆变桥臂开关状态量S_B～S_F计算采用电流滞环控制策略得到：

当

时，S_i＝1(i＝A～F)；

当时

S_i＝0(i＝A～F)；

式中，ε为允许设定的电流控制误差。

较佳的，本实施例所提的六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制结构框图如图1所示。由六相逆变器、无轴承磁通切换电机、电流采样环节、转子位置角观测环节、转子径向位移观测环节，转子径向位移控制误差计算环节、转子径向位移PI控制器环节、悬浮电流给定值计算环节、转矩电流给定值计算环节、零序电流给定值计算环节、五相电流给定值计算环节、电流滞环控制器等环节构成。通过转子径向位移观测环节检测转子x、y方向径向位移量x和y，并送给xy方向转子径向位移误差计算环节，输出xy方向径向位移控制误差Δx、Δy；x、y方向径向位移控制误差输送到转子径向位移PI控制环节，输出x、y方向悬浮力给定值F_x ^*和F_y ^*；经电流采样环节输出五相电流实际值i_sB～i_sF，经过转子位置角观测环节输出转子实时位置角θ_r；将六相电流实际值、转子实时位置角以及x、y方向悬浮力给定值输送到悬浮电流给定值计算环节，输出悬浮电流给定值i_αS ^*和i_βS ^*；转子实时位置角同时输送到转矩电流给定值计算环节，输出转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*；悬浮电流给定值和转矩电流给定值输送到零序电流给定值计算环节，输出零序电流给定值i_o2 ^*；悬浮电流给定值、转矩电流给定值和零序电流给定值输送到五相电流给定值计算环节，输出五相电流给定值i_sB ^*～i_sF ^*；把i_sB ^*～i_sF ^*和i_sB～i_sF送给电流控制器，输出控制剩余五相逆变桥臂开关状态量S_B～S_F。其中当对应相桥臂上管导通，下管关断时S_i＝1(i＝B～F)；当对应相桥臂上管关断，下管导通时S_i＝0(i＝B～E)；上管和下管互补导通。在S_B-S_F控制作用下，逆变器输出满足要求的定子电流，实现电机缺相容错运行控制。自然坐标系转矩电流给定计算环节可以利用矢量控制策略或直接转矩控制策略，产生控制转子切向旋转的定子绕组转矩电流给定值i_dT ^*i_qT ^*。

特别的，本实施例驱动系统硬件结构如图3所示。包括：整流电路、滤波电容、直流母线电压采集电路、六相逆变器、无轴承磁通切换电机、六相绕组电流采集电路、电机转子位置角采集电路、转子径向x、y偏移采集电路、隔离驱动、中央控制器、人机接口等。其中六相逆变器直流母线电压也可以采用合适的直流电源提供。逆变器中功率管采用IGBT或MOSFET，中央控制器采用DSP或单片机。绕组电流采集电路采用霍尔电流传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用绕组串功率电阻后接差分运算放大器相结合方式构成。采用霍尔方案可以有效实现控制回路与主回路的电气隔离，采用绕组串功率电阻方案可以降低驱动系统成本。直流母线电压采集电路采用霍尔电压传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用并联电阻分压后接由运算放大器构成的电压跟随器相结合方式构成。转子位置角检测电路可以采用旋转编码器后接电平转换电路构成，也可以采用旋转变压器后接解码电路构成，其中前者成本较低，但位置角采样精度受编码器线数限制，而后者成本较高，但位置角采样精度较高。转子径向x、y偏移采集电路采用电涡流传感器后接运算放大器相结合方式构成，也可以采用线性光耦后接运算放大器相结合方式构成。电流检测、电压采样电路、转子径向x、y偏移采集电路输出的弱电信号送到中央控制器A/D转换模块，位置角检测电路输出的脉冲信号送给中央控制器QEP模块。根据取得的信号和本实施例的内模控制方法，输出逆变桥臂开关信号，经由隔离驱动去控制逆变器中的功率开关管的开关动作。

特别的，本实施例的原理如下：定义如图4所示的坐标系：

其中，A～F分别为六相绕组轴线，x、y为水平-垂直直角坐标系，其中x轴与图2中的A1线圈轴线方向一致，与A相绕组轴线相差9°机械角；αs、βs为悬浮电流静止坐标系，dS、qS为悬浮电流旋转坐标系，d和α轴之间夹角为θr-45°+φ_q。i_AS～i_FS为六相绕组中的悬浮电流分量，i_αS和i_βS为悬浮电流在静止坐标系下的分量，i_dS和i_qS为悬浮电流在旋转坐标系下的分量。

利用磁路分析方法推导A相通入悬浮电流i_AS后，在永磁体建立的偏置磁场下产生的x、y方向的悬浮力的表达式为：

其中，k_PM表示单位悬浮电流在永磁体建立的磁场下产生的悬浮力的幅值；k_{PM_DC}表示的是单位悬浮电流在永磁体建立的磁场下产生的悬浮力的直流偏置的大小。

AD、BE、CF相轴线一致，由于BE、CF相与AD相绕组轴线空间互差120°，并且转子在A相绕组轴线处分别顺时针旋转12°和24°机械角时，BE和CF相绕组轴线上定转子重叠情况与转子处于初始位置角处时AD相一致,因此，在分别通入B、C、D、E、F相悬浮电流的情况下，得到各相悬浮电流在永磁体偏置磁场产生的x、y方向的悬浮力的表达式为：

A相缺相后，A相绕组电流等于零，则利用T6矩阵把六相电流变换至α_sβ_s、α_Tβ_T、o₁o₂坐标系中如下：

其中，

因为A相开路，因此A相电流为0。i_o1恒为0，但是电机缺了一相，自由度减少一个，因此i_o2此时不可控，其值不为0。

可得:

可见此时i_o2与i_αT和i_αS有关，i_o2根据i_αT和i_αS的大小对缺相进行补偿。

由公式(7)可见，当通入αs轴悬浮电流时，可得:

当通入βs轴悬浮电流时，可得:

在忽略磁饱和的情况下，把式(10)(11)代入式(1)-(6)可得剩余五相绕组通入αS和βS轴电流情况下的悬浮力的表达式，可得：

当永磁体单独励磁时，由前面的分析可以看出在αs轴悬浮电流通入的情况下，在永磁体单独励磁磁场下产生的x、y方向悬浮力的表达式为：

通入βs轴悬浮电流，在永磁体单独励磁磁场下产生的x、y方向悬浮力的表达式为：

当电枢绕组单独励磁时，可分为i_dT电流和i_qT电流建立的磁场对悬浮力的影响。

由于d_T轴与永磁体磁链矢量重合，因此i_dT电流建立的磁场与永磁体单独建立的磁场相位一致，并且d_T轴下电流产生的悬浮力的直流偏置较小，将其忽略。因此在通入αs轴悬浮电流以及i_dT电流的情况下，得到αs轴悬浮电流在i_dT电流建立的磁场下产生的x、y方向的悬浮力的表达式为：

其中，k_αβdT表示单位悬浮电流在单位i_dT电流建立的磁场下产生的悬浮力的幅值。

在通入βs轴悬浮电流以及i_dT电流的情况下，得到βs轴悬浮电流在i_dT电流建立的磁场下产生的x、y方向的悬浮力的表达式为：

永磁体单独建立的磁场可以等效为电机d_T轴通入等效电流，由于q_T轴超前d_T轴90°电角度，因此由i_qT电流产生的磁场相位上超前i_dT电流产生的磁场和永磁体产生的磁场90°电角度，并且q_T轴下电流产生的悬浮力的直流偏置较小，将其忽略。。因此在通入αs轴悬浮电流以及i_qT电流的情况下，得到αs轴悬浮电流在i_qT电流建立的磁场下产生的x、y方向的悬浮力的表达式为：

其中，k_αβqT表示单位悬浮电流在单位i_qT电流建立的磁场下产生的悬浮力的幅值。

在通入βs轴悬浮电流以及i_qT电流的情况下，得到βs轴悬浮电流在i_qT电流建立的磁场下产生的x、y方向的悬浮力的表达式为：

综上所述，在永磁体和电枢绕组共同建立的磁场下，通入αs轴悬浮电流产生的x、y方向的悬浮力的表达式为:

其中，

在永磁体和电枢绕组共同建立的磁场下，通入βs轴悬浮电流产生的x、y方向的悬浮力的表达式为:

当同时通入悬浮电流时，产生的总的x、y方向的悬浮力的表达式为:

根据式(23)进一步可推导：

其中，

这样根据式(24)，若已知x和y方向悬浮力给定值

当前的α_sβ_s轴电流i_αsi_βs，则可以计算出d_sq_s轴悬浮电流给定i_ds ^*i_qs ^*如下：

再根据式(25)可以计算出α_sβ_s轴电流给定值i_αs ^*i_βs ^*如下：

对于六相无轴承磁通切换电机而言，可以把A、D相头尾串联构成AD相，E、B相头尾串联构成EB相，C、F相头尾串联构成CF相，这样原有的六相无轴承磁通切换电机等效为AD、CF、EB三相无轴承磁通切换电机，电机电磁转矩T_e如下：

T_e＝p[ψ_fi_qT+(L_d-L_q)i_dTi_qT] (28)

i_dT、i_qT为等效三相电机转子同步旋转坐标系d_Tq_T绕组电流分量。其中ψ_f为等效三相电机一相绕组耦合永磁体磁链幅值。可见，控制i_qT电流分量即可实现对电磁转矩的控制。根据实际电机气隙偏置磁场控制需要获得d_T轴电流给定值i_dT ^*，根据电机电磁转矩控制需要获得q_T轴电流给定值i_qT ^*，并将其转换至静止α_Tβ_T坐标系，得到α_Tβ_T电流给定i_αT ^*i_βT ^*如下：

根据式(9)可以计算出o₂零序轴系电流给定如下：

由于电机绕组无中心线引出，所以o₁零序轴系电流给定i_o1 ^*＝0。

在已知α_Tβ_T电流给定i_αT ^*i_βT ^*、α_sβ_s轴电流给定值i_αs ^*i_βs ^*、o₁o₂轴电流给定i_o1 ^*i_o2 ^*后，根据式(7)可以计算出定子六相电流给定i_sA ^*～i_sF ^*如下：

较佳的本实施例的工作过程还包括如下步骤：

(1)把α_sβ_s坐标系悬浮电流给定i_αs ^*i_βs ^*、α_Tβ_T坐标系转矩电流给定i_αT ^*i_βT ^*、零序电流i_o1 ^*i_o2 ^*送给剩余五相电流给定计算环节，输出B～F

相电流给定值i_sB ^*～i_sF ^*：

(2)把i_sB ^*～i_sF ^*和i_sB～i_sF送给电流控制器，输出控制六相逆变桥臂开关状态量S_A～S_F。

在上述步骤(1)中的α_sβ_s坐标系悬浮电流给定i_αs ^*i_βs ^*计算如下：

A(1.1)利用电流传感器及AD转换通道，检测出剩余定子绕组电流i_sB～i_sF；利用转子位置角传感器及检测通道，检测出转子位置角θ_r及转速ω_rm；利用转子径向位移传感器及检测通道，检测出转子x和y方向径向位移x、y；

A(1.2)把转子x和y方向径向位移x、y分别送给x和y方向转子径向位移误差计算环节，输出x和y位移控制误差Δx和Δy：

A(1.3)把x和y位移控制误差Δx和Δy分别送给x和y方向PI控制器，输出x和y方向悬浮力给定

A(1.4)把

d_Tq_T坐标系转矩电流i_dTi_qT、α_sβ_s坐标系悬浮电流i_αsi_βs送给d_sq_s坐标系悬浮电流给定i_ds ^*i_qs ^*计算环节，输出悬浮电流给定i_ds ^*i_qs ^*：

A(1.5)把角度

转子位置角θ_r及i_ds ^*i_qs ^*送给α_sβ_s坐标系悬浮电流给定i_αs ^*i_βs ^*计算环节，输出i_αs ^*i_βs ^*：

步骤A(1.4)需要的d_Tq_T坐标系转矩电流i_dTi_qT、

角、α_sβ_s坐标系悬浮电流i_αsi_βs计算如下：

A(1.4.1)剩余健康相电流i_sB～i_sF送给α_Tβ_T坐标系转矩电流i_αTi_βT计算环节和α_sβ_s坐标系悬浮电流i_αsi_βs，输出i_αTi_βT、i_αsi_βs：

A(1.4.2)α_Tβ_T坐标系转矩电流i_αTi_βT、转子位置角θ_r送给d_Tq_T坐标系转矩电流i_dTi_qT，输出i_dTi_qT：

A(1.4.3)把d_Tq_T坐标系转矩电流i_dTi_qT送给

角计算环节，输出

在上述步骤(1)中的α_Tβ_T坐标系转矩电流给定i_αT ^*i_βT ^*计算如下：

B(1.1)由d_Tq_T坐标系转矩电流计算环节，输出

B(1.2)把转子位置角θ_r及i_dT ^*i_qT ^*送给α_Tβ_T坐标系转矩电流给定i_αT ^*i_βT ^*计算环节，输出i_αT ^*i_βT ^*：

步骤(2)中需要的o₂零序电流给定i_o2 ^*计算如下：把i_αT ^*和i_αS ^*送给零序电流给定i_o2 ^*计算环节，输出i_o2 ^*：

步骤(2)中六相逆变桥臂开关状态量S_A～S_F计算可以采用电流滞环控制策略计算出：

当i_si ^*-i_si＞+ε时，S_i＝1(i＝A～F)；

当i_si ^*-i_si＜-ε时，S_i＝0(i＝A～F)

其中，ε为允许设定的电流控制误差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：采集无轴承磁通切换电机转子x、y方向径向位移量x和y，并进行x、y方向转子径向位移误差计算得到x、y方向径向位移控制误差Δx和Δy；

步骤S2：将步骤S1中所述的x、y方向径向位移控制误差Δx和Δy输入到转子径向位移PI控制器中得到x、y方向悬浮力给定值F_x ^*和F_y ^*；

步骤S3：采集六相电流实际值i_sA、i_sB、i_sC、i_sD、i_sE、i_sF和无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r；

步骤S4：将所述六相电流实际值进行转矩电流实际值以及悬浮电流实际值计算，得到静止坐标系αT轴和βT轴转矩电流实际值i_αT和i_βT，静止坐标系αS轴和βS轴悬浮电流实际值i_αS和i_βS；

步骤S5：将αT轴和βT轴转矩电流实际值i_αT和i_βT、所述无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r进行旋转坐标系dT轴和qT轴转矩电流实际值计算，得到dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT；

步骤S6：将αS轴和βS轴悬浮电流实际值i_αS和i_βS、dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT以及所述x、y方向悬浮力给定值F_x ^*和F_y ^*进行悬浮电流给定值计算，得到旋转坐标系dS轴和qS轴悬浮电流给定值i_dS ^*和i_qS ^*；

步骤S7：将dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT进行

角计算，得到

角；

步骤S8：将dS轴和qS轴悬浮电流给定值i_dS ^*和i_qS ^*、无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r以及

角进行αS轴和βS轴悬浮电流给定值计算，得到αS轴和βS轴悬浮电流给定值i_αS ^*和i_βS ^*；

步骤S9：将dT轴和qT轴转矩电流给定值i_dT ^*和i_qT ^*以及无轴承磁通切换电机转子的实时位置角θ_r进行αT轴和βT轴转矩电流给定值计算，得到αT轴和βT轴转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*；

步骤S10：对所述悬浮电流给定值i_αS ^*和所述转矩电流给定值i_αT ^*进行零序电流给定值计算得到零序电流给定值i_o2 ^*；

步骤S11：通过悬浮电流给定值i_αS ^*和i_βS ^*、转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*以及零序电流给定值i_o1 ^*和i_o2 ^*进行五相电流给定值计算，得到B～F相五相电流给定值i_sB ^*、i_sC ^*、i_sD ^*、i_sE ^*、i_sF ^*；

i_o1 ^*＝0；

步骤S12：根据五相电流给定值i_sB ^*、i_sC ^*、i_sD ^*、i_sE ^*、i_sF ^*和五相电流实际值i_sB、i_sC、i_sD、i_sE、i_sF得到控制五相逆变桥臂开关状态量S_B～S_F，其中，当对应相桥臂上管导通，下管关断时S_i＝1，i＝B～F；当对应相桥臂上管关断，下管导通时S_i＝0，i＝B～E；上管和下管互补导通，在S_B-S_F控制作用下，逆变器输出满足要求的定子电流，实现电机缺相容错运行控制。

2.根据权利要求1所述的一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，其特征在于：步骤S1中所述根据径向位移量x和y，进行x、y方向转子径向位移误差计算得到x、y方向径向位移控制误差Δx和Δy的具体计算公式为：

其中，x^*表示x方向偏移量给定值；y^*表示y方向偏移量给定值。

3.根据权利要求1所述的一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，其特征在于：所述步骤S3中定子六相绕组电流i_sA、i_sB、i_sC、i_sD、i_sE、i_sF是由控制转子旋转的转矩电流分量i_AT～i_FT和控制转子悬浮的悬浮电流分量i_AS～i_FS组成，即：

4.根据权利要求1所述的一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，其特征在于：步骤S4中所述静止坐标系αT轴和βT轴转矩电流实际值i_αT和i_βT为：

所述静止坐标系αS轴和βS轴悬浮电流实际值i_αS和i_βS为：

5.根据权利要求1所述的一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，其特征在于：步骤S5中所述dT轴和qT轴转矩电流实际值i_dT和i_qT为：

6.根据权利要求1所述的一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，其特征在于：步骤S8中计算悬浮电流给定值的计算公式为：

7.根据权利要求1所述的一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，其特征在于：步骤S9中计算得到转矩电流给定值i_αT ^*和i_βT ^*的具体计算公式为：

i_dT ^*＝0

其中，i_dT ^*表示dT轴转矩电流给定值；i_qT ^*表示qT轴转矩电流给定值；ψ_f为等效三相电机一相绕组耦合永磁体磁链幅值；T_e ^*表示转矩给定值；p表示电机转子齿数。

8.根据权利要求1所述的一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，其特征在于：所述步骤S11的具体计算公式为：

其中，i_o1 ^*表示零序坐标系o1轴零序电流给定值；i_o1 ^*＝0。

9.根据权利要求1所述的一种六相单绕组无轴承磁通切换电机缺一相容错控制方法，其特征在于：步骤S12中，五相逆变桥臂开关状态量S_B～S_F计算采用电流滞环控制策略得到：

当

时，S_i＝1(i＝A～F)；

当时

S_i＝0(i＝A～F)；

式中，ε为允许设定的电流控制误差。

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