CN112290857B - 一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法 - Google Patents

一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112290857B
CN112290857B CN202011164167.3A CN202011164167A CN112290857B CN 112290857 B CN112290857 B CN 112290857B CN 202011164167 A CN202011164167 A CN 202011164167A CN 112290857 B CN112290857 B CN 112290857B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fault
current
tolerant
circuit
short
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011164167.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112290857A (zh
Inventor
陈前
顾理成
夏雨航
赵文祥
刘国海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN202011164167.3A priority Critical patent/CN112290857B/zh
Publication of CN112290857A publication Critical patent/CN112290857A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112290857B publication Critical patent/CN112290857B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/028—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the motor continuing operation despite the fault condition, e.g. eliminating, compensating for or remedying the fault
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法，该方法通过构建故障前后转矩保持不变的降阶变换矩阵来弥补缺相影响；通过注入补偿电流来抵消相间短路电流isc产生的转矩脉动；从而实现电机在短路故障情况下的容错运行。本发明采用的补偿策略，与传统容错算法相比，对电机参数的依赖程度低；通过实时检测短路电流并且在线计算最优短路容错电流，极大程度的减少了计算误差，提高了系统的动、静态性能；采用的PWM调制方式为基于载波的脉宽调制CPWM，与传统容错算法中使用的电流滞环调制方法相比，CPWM具有固定的调制周期，可以降低逆变器的开关损耗。

Description

一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法
技术领域
本发明涉及多相电机容错控制技术领域，特别涉及一种五相永磁容错电机的相间短路容错控制。适用于航空航天、电动汽车、舰船推进系统等对电机的可靠性有较高要求的场合。
背景技术
五相永磁同步电机因为其高转矩密度、高效率以及高可靠性等特点，在电动汽车牵引、航天航空以及海上巡航系统领域应用越来越广泛。同时，对于飞行器、电动汽车等一些可靠性要求较高的场合，稳定可靠的电机驱动系统尤为重要。因此，永磁电机的高可靠性的容错控制方法受到了广泛的关注。
由于永磁体的存在，五相永磁同步电机在短路故障后，电机的相电流短时间内急剧升高，电机转矩脉动显著提升，电机运行平稳性受到极大挑战。因此，研究短路故障下的容错控制变得更为迫切。
多相电机的短路容错控制算法的研究主要都集中在如何获得电机故障状态下的最优容错电流。现有的容错电流计算方法主要包括了：利用dq轴电流反馈补偿来消除电机匝间短路故障下的转矩脉动；计算容错电流的相角来抑制短路故障下的转矩脉动；消除短路电流的影响，使短路故障下的模型等效于开路故障。这些方法尽管使短路故障下的脉动得到了抑制，但是容错电流角的计算比较复杂且依赖于电机参数。同时现有短路容错主要关注电机的匝间短路和单相或对两相对中性点短路，尚未有针对电机相间短路故障的容错控制
发明内容
针对传统短路容错控制依赖电机参数、以及现有文献尚未有针对电机相间短路故障的容错控制。本发明提出了一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法，通过构建故障前后转矩保持不变的降阶变换矩阵来弥补缺相影响；通过注入补偿电流来抵消相间短路电流isc产生的转矩脉动。从而实现电机在短路故障情况下的容错运行。
为达到技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法，包括如下步骤：
步骤1，检测五相永磁容错电机转速，作为电机的反馈转速ωm，将给定转速ω*与反馈转速ωm相比较得到电机的转速误差er，采用PI控制器根据转速误差er计算得到五相永磁容错电机的q轴电流，PI控制器的输出量为给定的q轴电流iq；
步骤2，对短路电流isc进行补偿，将短路故障等效成开路故障分析处理；
步骤3，假如为AB相间短路，根据故障后磁链轨迹仍保持圆形的原则，重构双相开路情况下的降阶矩阵以及转矩表达式；
步骤4，利用剩余正常相来补偿由相间短路电流isc引起的额外磁动势，得到自然坐标系中C、D、E相的短路补偿电流iC(s)、iD(s)、iE(s)；
步骤5，id为给定的d轴电流，采用id＝0的控制策略，首先根据故障前后电机能够输出相同转矩的原则，得到同步旋转坐标系上的开路容错电流id(o)、iq(o)、iz0(o)，其次利用降阶变换矩阵的逆矩阵，得到自然坐标系中用以维持电机输出转矩的开路容错电流iC(o)、iD(o)、iE(o)；
步骤6，根据叠加定理，首先在自然坐标系中将开路容错电流和短路补偿电流进行叠加，再通过降阶变换矩阵的逆矩阵，将在自然坐标系中整合之后的电流变换到同步旋转坐标系中，从而得到最优短路容错参考电流idr、iqr、iz0r；
步骤7，将给定的最优短路容错参考电流idr、iqr、iz0r与采样反馈得到的实际电流相比较，得到同步旋转坐标系上的电流误差，利用电流闭环的PI控制器得到的最优短路容错参考电压udr、uqr、uz0r；
步骤8，将所得到的最优短路容错参考电压udr、uqr、uz0r经过坐标变换后输入到CPWM模块中，得到各相的开关信号，随后将得到的开关信号输入到逆变器中控制电机，实现五相永磁容错电机的短路容错控制。
进一步，所述步骤2中相间短路故障发生后，故障相对于电机的影响主要分为两个方面：故障相缺失对转矩输出的影响，故障相短路电流isc的影响，当故障相短路电流产生的影响被抵消时，短路故障模型就能被等效成开路故障模型。
进一步，所述步骤3中相间短路故障发生后，假如为AB相间短路，根据故障后磁链轨迹仍保持圆形的原则，重构双相开路情况下的降阶矩阵以及转矩表达式，重构方法如下：
步骤3.1：正常情况下，五相电机在静止坐标系上的磁链表达式为：
Figure BDA0002745268710000021
其中Ψα，Ψβ表示静止坐标系上α-β轴上的磁链分量；Ψz0为磁链的零序分量；ΨA、ΨB、ΨC、ΨD、ΨE表示自然坐标系上A、B、C、D、E相的磁链分量；α＝0.4π；
当AB相发生开路故障时，去除AB相对应元素后，利用正常情况下α-β轴上的磁链分量Ψα，Ψβ来表示故障后的α-β轴上的磁链分量
Figure BDA0002745268710000022
Figure BDA0002745268710000031
其中，
Figure BDA0002745268710000032
为磁链的零序分量；Ψm为磁链幅值；
步骤3.2：由上式可知，故障情况下，α-β空间上，磁链不再是圆形，现通过磁链的零序分量
Figure BDA0002745268710000033
来修正
Figure BDA0002745268710000034
使其仍为圆形轨迹，磁链的零序分量
Figure BDA0002745268710000035
在α-β轴上的分量可以表示如下：
Figure BDA0002745268710000036
其中，
Figure BDA0002745268710000037
为磁链的零序分量
Figure BDA0002745268710000038
在α轴上的分量，
Figure BDA0002745268710000039
为磁链的零序分量
Figure BDA00027452687100000310
在β轴上的分量，θ为电机转子位置的电角度；
假设修正系数分别为x、y，则修正后的磁链表达式可以表示为：
Figure BDA00027452687100000311
其中，
Figure BDA00027452687100000312
分别为修正后α-β轴上磁链分量；
为了使修正后的磁链保持为圆，则有：
Figure BDA00027452687100000313
其中，x、y为修正系数，r为修正后的磁链圆半径；
步骤3.3：将修正量补偿到变换矩阵中，其表达式为：
Figure BDA00027452687100000314
其中，z、k为矩阵补偿系数；
将矩阵补偿后的值等于磁链修正后的值，则有如下表达式：
Figure BDA0002745268710000041
步骤3.4：将矩阵补偿系数带入，则两相开路时的降阶矩阵，以及在此矩阵变换下的转矩表达式为：
Figure BDA0002745268710000042
Figure BDA0002745268710000043
Figure BDA0002745268710000044
其中，P表示电机极对数；
Figure BDA0002745268710000045
为修正后，两相开路故障下的容错clark变换矩阵；
Figure BDA0002745268710000046
为两相开路故障下的旋转变换矩阵；Te为两相开路故障状态下的容错转矩表达式。
进一步，所述步骤4中相间短路故障发生后，利用剩余正常相来补偿由相间短路电流isc引起的额外磁动势，在剩余相中注入补偿电流来消除相间短路电流isc的影响，从而实现无扰运行，自然坐标系中C、D、E相的短路补偿电流iC(s)、iD(s)、iE(s)生成方式如下：
利用以下两个限制条件来获取所需注入的补偿电流：
1)针对相间短路电流isc，剩余相注入的电流和相间短路电流产生的磁动势和为0：
Nisc-ejαNisc+ej2αNiC(S)+ej3αNiD(S)+ej4αNiE(S)＝0，
其中，N为电机每相绕组的匝数；ejkα，k∈(1、2、3、4)为旋转因子；
2)剩余相注入的电流之和为0：
iC(S)+iD(S)+iE(S)＝0，
因此，剩余相所需注入的短路补偿电流可以表示为：
Figure BDA0002745268710000047
进一步，所述步骤5中相间短路故障发生后，采用id＝0的控制策略，首先根据故障前后电机能够输出相同转矩的原则，得到同步旋转坐标系上的id、iq、iz0；其次利用降阶变换矩阵的逆矩阵，得到自然坐标系中用以维持电机输出转矩的开路容错电流iC(o)、iD(o)、iE(o)其具体生成方式如下：
Figure BDA0002745268710000051
其中，id为给定的d轴电流；iq为转速闭环所得的q轴电流；i0为零序空间电流；T-1 clark为容错clark变换矩阵的逆矩阵。T-1 park旋转变换矩阵的逆矩阵。
进一步，步骤6根据叠加定理，首先在自然坐标系中将开路容错电流和短路补偿电流进行叠加，其次通过降阶变换矩阵的逆矩阵，将在自然坐标系中整合之后的电流变换到同步旋转坐标系中，从而形成最优短路容错参考电流idr、iqr、iz0r。
进一步，步骤7将给定的最优短路容错参考电流idr、iqr、iz0r与采样反馈得到的实际电流相比较，得到同步旋转坐标系上的电流误差，利用电流闭环的PI控制器得到的最优短路容错参考电压udr、uqr、uz0r。
进一步，步骤8将所得到的最优容错参考电压udr、uqr、uz0r经过坐标变换后输入到CPWM模块中，得到各相的开关信号。随后将得到的开关信号输入到逆变器中控制电机，实现五相永磁容错电机的短路容错控制。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出了一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法，通过构建故障前后转矩保持不变的降阶变换矩阵来弥补缺相影响；通过注入短路补偿电流来抵消相间短路电流产生的转矩脉动，从而将短路故障模型等效为开路故障模型。
2、本发明采用的补偿策略，与传统容错算法相比，对电机参数的依赖程度低。通过实时检测短路电流并且在线计算最优短路容错电流，极大程度的减少了计算误差，提高了系统的动、静态性能。
3、本发明采用的PWM调制方式为基于载波的脉宽调制CPWM，与传统容错算法中使用的电流滞环调制方法相比，CPWM具有固定的调制周期，可以降低逆变器的开关损耗。
附图说明
图1：电机相间短路故障下的等效电路。
图2：五相永磁容错电机的相间短路容错控制框图。
图3：最优容错参考电流生成框图。
图4：五相永磁容错电机的(a)故障运行情况；(b)容错运行情况。
图5：五相永磁容错电机容错运行时的d轴电流跟踪情况。
具体实施方式
一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法，包括如下步骤：检测电机转速，将给定转速ω*与反馈实际转速ωm进行比较，利用转速闭环的PI控制器得到电机q轴的给定电流iq；利用q轴的给定电流iq，得到维持输出转矩的开路容错电流id(o)、iq(o)、iz0(o)；以剩余正常相电流和短路相电流isc产生的磁动势为零的原则，得到剩余正常相上的短路补偿电流iC(s)、iD(s)、iE(s)；将维持输出转矩的参考电流和短路补偿电流在自然坐标系中叠加，最终通过变换矩阵整合到同步旋转坐标系中，形成最优容错参考电流idr、iqr、iz0r；剩余正常相的当前采样电流经过坐标变换转换到同步旋转坐标系中，与最优参考电流进行比较，利用电流闭环的PI控制器得到最优容错电压udr、uqr、uz0r；将最优容错电压输入到CPWM模块中，得到每相的开关信号，通过逆变器控制电机，实现五相永磁容错电机的相间短路容错控制。
具体实施例1
具体实施例1，针对五相永磁容错电机，当相间短路故障发生时，如图1所示。由于反电势的存在，在短路回路中产生了短路电流isc。此时系统的短路容错控制框图如图2所示。下面结合附图，仔细说明该实施例的具体实施方式。
步骤1，检测五相永磁容错电机转速，作为电机的反馈转速ωm，将给定转速ω*与反馈转速ωm相比较得到电机的转速误差er，采用PI控制器根据转速误差er计算得到五相永磁容错电机的q轴电流，PI控制器的输出量为给定的q轴电流iq；
步骤2，将短路故障等效成开路故障分析处理的原因：短路故障发生时，故障相对于电机的影响主要分为两个方面：故障相缺失对转矩输出的影响，故障相短路电流isc的影响。当故障相短路电流产生的影响被抵消时，短路故障模型就能被等效成开路故障模型；
步骤3，假如为AB相间短路，根据故障后磁链轨迹仍保持圆形的原则，重构双相开路情况下的降阶矩阵以及转矩表达式，重构方法如下：
步骤3.1：正常情况下，五相电机在静止坐标系上的磁链表达式为：
Figure BDA0002745268710000061
其中Ψα，Ψβ表示静止坐标系上α-β轴上的磁链分量；Ψz0为磁链的零序分量；ΨA、ΨB、ΨC、ΨD、ΨE表示自然坐标系上A、B、C、D、E相的磁链分量；α＝0.4π；
当AB相发生开路故障时，去除AB相对应元素后，利用正常情况下α-β轴上的磁链分量Ψα，Ψβ来表示故障后的α-β轴上的磁链分量
Figure BDA0002745268710000071
Figure BDA0002745268710000072
其中，
Figure BDA0002745268710000073
为磁链的零序分量；Ψm为磁链幅值；
步骤3.2：由上式可知，故障情况下，α-β空间上，磁链不再是圆形，现通过磁链的零序分量
Figure BDA0002745268710000074
来修正
Figure BDA0002745268710000075
使其仍为圆形轨迹，磁链的零序分量
Figure BDA0002745268710000076
在α-β轴上的分量可以表示如下：
Figure BDA0002745268710000077
其中，
Figure BDA0002745268710000078
为磁链的零序分量
Figure BDA0002745268710000079
在α轴上的分量，
Figure BDA00027452687100000710
为磁链的零序分量
Figure BDA00027452687100000711
在β轴上的分量，θ为电机转子位置的电角度；
假设修正系数分别为x、y，则修正后的磁链表达式可以表示为：
Figure BDA00027452687100000712
其中，
Figure BDA00027452687100000713
ΨAB_corβ分别为修正后α-β轴上磁链分量；
为了使修正后的磁链保持为圆，则有：
Figure BDA00027452687100000714
其中，x、y为修正系数，r为修正后的磁链圆半径；
步骤3.3：将修正量补偿到变换矩阵中，其表达式为：
Figure BDA00027452687100000715
其中，z、k为矩阵补偿系数；
将矩阵补偿后的值等于磁链修正后的值，则有如下表达式：
Figure BDA0002745268710000081
步骤3.4：将矩阵补偿系数带入，则两相开路时的降阶矩阵，以及在此矩阵变换下的转矩表达式为：
Figure BDA0002745268710000082
Figure BDA0002745268710000083
Figure BDA0002745268710000084
其中，P表示电机极对数；
Figure BDA0002745268710000085
为修正后，两相开路故障下的容错clark变换矩阵；
Figure BDA0002745268710000086
为两相开路故障下的旋转变换矩阵；Te为两相开路故障状态下的容错转矩表达式；
步骤4，利用剩余正常相来补偿由相间短路电流isc引起的额外磁动势，在剩余相中注入补偿电流来消除相间短路电流isc的影响，从而实现无扰运行，自然坐标系中C、D、E相的短路补偿电流iC(s)、iD(s)、iE(s)生成方式如下：
利用以下两个限制条件来获取所需注入的补偿电流：
1，针对相间短路电流isc，剩余相注入的电流和相间短路电流产生的磁动势和为0：
Nisc-ejαNisc+ej2αNiC(S)+ej3αNiD(S)+ej4αNiE(S)＝0，
其中，N为电机每相绕组的匝数；ejkα，k∈(1、2、3、4)为旋转因子；
2，剩余相注入的电流之和为0：
iC(S)+iD(S)+iE(S)＝0，
因此，剩余相所需注入的短路补偿电流可以表示为：
Figure BDA0002745268710000087
步骤5，采用id＝0的控制策略，首先根据故障前后电机能够输出相同转矩的原则，得到同步旋转坐标系上的id、iq、iz0；其次利用降阶变换矩阵的逆矩阵，得到自然坐标系中用以维持电机输出转矩的开路容错电流iC(o)、iD(o)、iE(o)其具体生成方式如下：
Figure BDA0002745268710000091
其中，id为给定的d轴电流；iq为转速闭环所得的q轴电流；i0为零序空间电流；T-1clark为容错clark变换矩阵的逆矩阵。T-1park旋转变换矩阵的逆矩阵；
步骤6，如图3所示，根据叠加定理，首先在自然坐标系中将开路容错电流和短路补偿电流进行叠加，其次通过降阶变换矩阵的逆矩阵，将在自然坐标系中整合之后的电流变换到同步旋转坐标系中，从而形成最优短路容错参考电流idr、iqr、iz0r；
步骤7，将给定的最优短路容错参考电流idr、iqr、iz0r与采样反馈得到的实际电流相比较，得到同步旋转坐标系上的电流误差，利用电流闭环的PI控制器得到的最优短路容错参考电压udr、uqr、uz0r；
步骤8，将所得到的最优容错参考电压udr、uqr、uz0r经过坐标变换后输入到CPWM模块中，得到各相的开关信号。随后将得到的开关信号输入到逆变器中控制电机，实现五相永磁容错电机的短路容错控制。
由图4可知，当采用本发明所述的容错控制策略时，转矩脉动相比于故障情况有着显著的降低，且此时电流谐波含量明显降低。
由图5可知，容错运行时的d轴电流跟踪效果良好。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，检测五相永磁容错电机转速，作为电机的反馈转速ωm，将给定转速ω*与反馈转速ωm相比较得到电机的转速误差er，采用PI控制器根据转速误差er计算得到五相永磁容错电机的q轴电流，PI控制器的输出量为给定的q轴电流iq；
步骤2，对短路电流isc进行补偿，将短路故障等效成开路故障分析处理；
步骤3，在发生AB相间短路时，根据故障后磁链轨迹仍保持圆形的原则，重构双相开路情况下的降阶矩阵以及转矩表达式；
所述步骤3中AB相间短路故障发生后，重构双相开路情况下的降阶矩阵以及转矩表达式的方法如下：
步骤3.1：正常情况下，五相电机在静止坐标系上的磁链表达式为：
Figure FDA0003497077400000011
其中Ψα，Ψβ表示静止坐标系上α-β轴上的磁链分量；Ψz0为磁链的零序分量；ΨA、ΨB、ΨC、ΨD、ΨE表示自然坐标系上A、B、C、D、E相的磁链分量；α＝0.4π；
当AB相发生开路故障时，去除AB相对应元素后，利用正常情况下α-β轴上的磁链分量Ψα，Ψβ来表示故障后的α-β轴上的磁链分量
Figure FDA0003497077400000012
Figure FDA0003497077400000013
其中，
Figure FDA0003497077400000014
为磁链的零序分量；Ψm为磁链幅值；
步骤3.2：故障情况下，α-β空间上，磁链不再是圆形，现通过磁链的零序分量
Figure FDA0003497077400000015
来修正
Figure FDA0003497077400000016
使其仍为圆形轨迹，磁链的零序分量
Figure FDA0003497077400000017
在α-β轴上的分量表示如下：
Figure FDA0003497077400000018
其中，
Figure FDA0003497077400000019
为磁链的零序分量
Figure FDA00034970774000000110
在α轴上的分量，
Figure FDA00034970774000000111
为磁链的零序分量
Figure FDA00034970774000000112
在β轴上的分量，θ为电机转子位置的电角度；
假设修正系数分别为x、y，则修正后的磁链表达式表示为：
Figure FDA0003497077400000021
其中，
Figure FDA0003497077400000022
分别为修正后α-β轴上磁链分量；
为了使修正后的磁链保持为圆，则有：
Figure FDA0003497077400000023
其中，x、y为修正系数，r为修正后的磁链圆半径；
步骤3.3：将修正量补偿到变换矩阵中，其表达式为：
Figure FDA0003497077400000024
其中，z、k为矩阵补偿系数；
将矩阵补偿后的值等于磁链修正后的值，则有如下表达式：
Figure FDA0003497077400000025
步骤3.4：将矩阵补偿系数带入，则两相开路时的降阶矩阵，以及在此矩阵变换下的转矩表达式为：
Figure FDA0003497077400000026
Figure FDA0003497077400000027
Figure FDA0003497077400000028
其中，P表示电机极对数；
Figure FDA0003497077400000029
为修正后，两相开路故障下的容错clark变换矩阵；
Figure FDA00034970774000000210
为两相开路故障下的旋转变换矩阵；Te为两相开路故障状态下的容错转矩表达式；
步骤4，利用剩余正常相来补偿由相间短路电流isc引起的额外磁动势，得到自然坐标系中C、D、E相的短路补偿电流iC(s)、iD(s)、iE(s)；
步骤5，id为给定的d轴电流，采用id＝0的控制策略，首先根据故障前后电机能够输出相同转矩的原则，得到同步旋转坐标系上的开路容错电流id(o)、iq(o)、iz0(o)，其次利用降阶变换矩阵的逆矩阵，得到自然坐标系中用以维持电机输出转矩的开路容错电流iC(o)、iD(o)、iE(o)；
步骤6，根据叠加定理，首先在自然坐标系中将开路容错电流和短路补偿电流进行叠加，再通过降阶变换矩阵的逆矩阵，将在自然坐标系中整合之后的电流变换到同步旋转坐标系中，从而得到最优短路容错参考电流idr、iqr、iz0r；
步骤7，将给定的最优短路容错参考电流idr、iqr、iz0r与采样反馈得到的实际电流相比较，得到同步旋转坐标系上的电流误差，利用电流闭环的PI控制器得到的最优短路容错参考电压udr、uqr、uz0r；
步骤8，将所得到的最优短路容错参考电压udr、uqr、uz0r经过坐标变换后输入到CPWM模块中，得到各相的开关信号，随后将得到的开关信号输入到逆变器中控制电机，实现五相永磁容错电机的短路容错控制。
2.根据权利要求1所述的一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法，其特征在于，所述步骤2中相间短路故障发生后，故障相对于电机的影响主要分为两个方面：故障相缺失对转矩输出的影响，故障相短路电流isc的影响，当故障相短路电流产生的影响被抵消时，短路故障模型就能被等效成开路故障模型。
3.根据权利要求1所述的一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法，其特征在于，所述步骤4中相间短路故障发生后，利用剩余正常相来补偿由相间短路电流isc引起的额外磁动势，在剩余相中注入补偿电流来消除相间短路电流isc的影响，从而实现无扰运行，自然坐标系中C、D、E相的短路补偿电流iC(s)、iD(s)、iE(s)生成方式如下：
利用以下两个限制条件来获取所需注入的补偿电流：
1)针对相间短路电流isc，剩余相注入的电流和相间短路电流产生的磁动势和为0：
Nisc-ejαNisc+ej2αNiC(S)+ej3αNiD(S)+ej4αNiE(S)＝0，
其中，N为电机每相绕组的匝数；ejkα，k∈(1、2、3、4)为旋转因子；
2)剩余相注入的电流之和为0：
iC(S)+iD(S)+iE(S)＝0，
因此，剩余相所需注入的短路补偿电流表示为：
Figure FDA0003497077400000041
4.根据权利要求1所述的一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法，其特征在于，所述步骤5中相间短路故障发生后，采用id＝0的控制策略，首先根据故障前后电机能够输出相同转矩的原则，得到同步旋转坐标系上的id、iq、iz0；其次利用降阶变换矩阵的逆矩阵，得到自然坐标系中用以维持电机输出转矩的开路容错电流iC(o)、iD(o)、iE(o)其具体生成方式如下：
Figure FDA0003497077400000042
其中，id为给定的d轴电流；iq为转速闭环所得的q轴电流；i0为零序空间电流；T-1 clark为容错clark变换矩阵的逆矩阵；T-1 park旋转变换矩阵的逆矩阵。
CN202011164167.3A 2020-10-27 2020-10-27 一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法 Active CN112290857B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011164167.3A CN112290857B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011164167.3A CN112290857B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112290857A CN112290857A (zh) 2021-01-29
CN112290857B true CN112290857B (zh) 2022-05-20

Family

ID=74372249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011164167.3A Active CN112290857B (zh) 2020-10-27 2020-10-27 一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112290857B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101221206A (zh) * 2007-08-03 2008-07-16 西北工业大学 诊断永磁容错电机匝间短路故障的方法
CN107846165A (zh) * 2017-10-20 2018-03-27 天津大学 双余度永磁同步电动机线圈匝间短路时抑制转矩脉动方法
CN109842336A (zh) * 2019-01-15 2019-06-04 江苏大学 一种五相永磁电机一相短路容错直接转矩控制方法
CN109845090A (zh) * 2016-10-18 2019-06-04 Abb瑞士股份有限公司 用于检测电机中故障的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7592772B2 (en) * 2007-10-08 2009-09-22 University Of Victoria Innovation And Development Corporation Stator inter-turn fault detection of synchronous machines

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101221206A (zh) * 2007-08-03 2008-07-16 西北工业大学 诊断永磁容错电机匝间短路故障的方法
CN109845090A (zh) * 2016-10-18 2019-06-04 Abb瑞士股份有限公司 用于检测电机中故障的方法
CN107846165A (zh) * 2017-10-20 2018-03-27 天津大学 双余度永磁同步电动机线圈匝间短路时抑制转矩脉动方法
CN109842336A (zh) * 2019-01-15 2019-06-04 江苏大学 一种五相永磁电机一相短路容错直接转矩控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
On-Line Inter-Turn Short-Circuit Fault Diagnosis and Torque Ripple Minimization Control Strategy Based on OW Five-Phase BFTHE-IPM;Ronghua Cui 等;《IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION》;20181231;第33卷(第4期);全文 *
Stator Winding Interturn Short-Circuit Faults Severity Detection Controlled by OW-SVPWM Without CMV of a Five-Phase FTFSCW-IPM;Ying Fan 等;《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS》;20170228;第53卷(第1期);全文 *
五相永磁同步电机系统故障诊断与容错控制技术研究;侯雅晓;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)工程科技Ⅱ辑》;20170215(第02期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112290857A (zh) 2021-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109842336B (zh) 一种五相永磁电机一相短路容错直接转矩控制方法
CN108306571B (zh) 一种五相永磁直线电机一相开路容错直接推力控制方法
Parsa et al. Fault-tolerant five-phase permanent magnet motor drives
CN108964547B (zh) 五相永磁同步电机两相开路故障的容错控制方法
CN109347386B (zh) 一种基于svpwm的五相永磁电机最大转矩电流比容错控制方法
CN110912468B (zh) 一种六相永磁同步电机一相开路容错控制方法
CN110518859B (zh) 一种基于扰动观测器的五相永磁电机短路容错直接转矩控制方法
CN113271048B (zh) 五相永磁容错电机控制驱动系统的开路统一容错控制方法
CN112290859B (zh) 采用无差拍电流跟踪的五相永磁电机短路容错控制方法
CN110829926B (zh) 一种用于五相永磁容错电机的svpwm容错控制方法及装置
CN116667722A (zh) 一种九相开绕组永磁同步电机模型预测鲁棒控制方法
Zhou et al. New fault tolerance method for open-phase PMSM
Xiong et al. Fault‐tolerant FOC for five‐phase SPMSM with non‐sinusoidal back EMF
CN112290857B (zh) 一种针对五相永磁容错电机的相间短路容错控制方法
CN110224651B (zh) 一种抑制二次谐波转矩的缺相控制方法
US11611307B2 (en) Short-circuit fault-tolerant control method based on deadbeat current tracking for five-phase permanent magnet motor with sinusoidal back-electromotive force or trapezoidal back-electromotive force
CN113659907B (zh) 基于转矩模型预测的六相永磁容错电机直接转矩控制方法
CN113141139B (zh) 一种双三相永磁电机五闭环式控制方法及系统
Li et al. Current harmonics and unbalance suppression of dual three-phase PMSM based on adaptive linear neuron controller
Wang et al. Comparative study of current control techniques for fault-tolerant five-phase PMSM
Wei et al. Initial rotor position estimation method for aircraft three-stage starter/generator based on self-injected harmonic signal
Liu et al. Sensorless control with adaptive speed observer using power winding information for dual-stator winding induction starter/generator
CN114204854B (zh) 一种五相永磁同步电机开路容错无位置控制方法
Binqiang et al. Remedial operations of permanent magnet fault tolerant motor for short-circuit fault
Zhang et al. A Model-Based Current Sensor Fault Tolerant Strategy of Multiphase Permanent Magnet Synchronous Motors by Coordinate Systems Rotation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant