CN113364364B - 转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法 - Google Patents

转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法 Download PDF

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Abstract

转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，属于多相永磁电机领域，本发明为解决六相永磁电机在开路故障下出现的转矩降额与转矩波动在面向不同动力需求时的均衡补偿问题。本发明在电机一相、相邻两相、相隔两相、相对两相绕组发生开路故障时，能够对六相永磁电机的转矩波动与平均转矩实现不同比例配置的均衡补偿。调整其余几相的电流，使其由平均转矩电流成分和抵消转矩波动的电流成分两部分组成，通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分，通过调整权重因子在0至1之间变化来调整开路故障电机转矩波动大小。

Description

转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法
技术领域
本发明属于多相永磁电机领域，涉及开路故障下的容错控制技术。
背景技术
随着现代工业的快速发展，大量使用化石能源造成的能源与环境问题对社会的可持续发展带来巨大挑战，相比于使用化石能源的传统燃油车，电动汽车具有资源与环境友好的优点，受到了学界和工业界的广泛重视。永磁电机以其功率密度和效率的优势大量应用于电动汽车驱动系统，而多相永磁电机由于其相数冗余的特点，可以在一相或多相发生故障时实现容错运行，较传统三相永磁电机具有更高的可靠性，因此多相永磁电机在电动汽车等对系统可靠性与安全性有较高需求的场合具有良好的应用前景。
当多相永磁电机出现一相或多相开路故障时，通过施加容错电流使得电机可以继续运行。然而电动汽车存在运行时动力需求多变的特点，通过容错电流消除开路故障带来的转矩波动的同时，会使电机输出的平均转矩出现明显的下降，在特殊路况时会使电动汽车因动力不足而抛锚甚至威胁车内人员的安全。因此在保持容错电流的最大值不超过正常运行时电流的约束下，研究转矩波动可调的多相永磁电机开路故障容错控制技术，可以为开路故障容错运行状态的电动汽车提供更多可选动力方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决六相永磁电机在开路故障下出现的转矩降额与转矩波动在面向不同动力需求时的均衡补偿问题，提供了转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法。
本发明所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法共四个方案。
第一个方案：适用于六相永磁电机的任意一相绕组发生开路故障。
以A相绕组开路为例，说明六相永磁电机在任意一相绕组开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余B、C、D、E、F五相绕组输入电流按
Figure BDA0003133765330000021
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'B、i'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的B、C、D、E、F相绕组的电流，iB、iC、iD、iE、iF分别为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作时的B、C、D、E、F相绕组的电流相同，
Figure BDA0003133765330000022
分别为B、C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure BDA0003133765330000023
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure BDA0003133765330000024
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
优选地，通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure BDA0003133765330000025
的过程为：
A相开路故障下，B、C、D、E、F五相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式：
Figure BDA0003133765330000031
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure BDA0003133765330000032
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure BDA0003133765330000033
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure BDA0003133765330000034
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure BDA0003133765330000035
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure BDA0003133765330000036
Figure BDA0003133765330000037
第二个方案：适用于六相永磁电机的相邻两相绕组发生开路故障。
以A、F相绕组开路为例，说明六相永磁电机在相邻两相绕组开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余B、C、D、E四相绕组输入电流按
Figure BDA0003133765330000041
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'B、i'C、i'D、i'E分别为调整后的B、C、D、E相绕组的电流，iB、iC、iD、iE分别为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作时的B、C、D、E相绕组的电流相同，
Figure BDA0003133765330000042
分别为B、C、D、E相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure BDA0003133765330000043
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure BDA0003133765330000044
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
优选地，通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure BDA0003133765330000045
的过程为：
A、F相开路故障下，B、C、D、E四相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0为如下形式：
Figure BDA0003133765330000051
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure BDA0003133765330000052
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure BDA0003133765330000053
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure BDA0003133765330000054
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure BDA0003133765330000055
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、D、E相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure BDA0003133765330000056
Figure BDA0003133765330000061
第三个方案：适用于六相永磁电机的相隔两相绕组发生开路故障。
以A、B相绕组开路为例，说明六相永磁电机在相隔两相绕组开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余C、D、E、F四相绕组输入电流按
Figure BDA0003133765330000062
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的C、D、E、F相绕组的电流，iC、iD、iE、iF分别为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作的C、D、E、F相绕组的电流相同，
Figure BDA0003133765330000063
分别为C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure BDA0003133765330000064
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure BDA0003133765330000065
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
优选地，通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure BDA0003133765330000071
的过程为：
A、B相开路故障下，C、D、E、F四相绕组电流i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式：
Figure BDA0003133765330000072
在未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure BDA0003133765330000073
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure BDA0003133765330000074
通过使未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure BDA0003133765330000075
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure BDA0003133765330000076
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure BDA0003133765330000081
Figure BDA0003133765330000082
第四个方案：适用于六相永磁电机的相对两相绕组发生开路故障。
以A、D相绕组开路为例，说明六相永磁电机在相对两相绕组开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余B、C、E、F四相绕组输入电流按
Figure BDA0003133765330000083
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'B、i'C、i'E、i'F分别为调整后的B、C、E、F相绕组的电流，iB、iC、iE、iF分别为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作时的B、C、E、F相绕组的电流相同，
Figure BDA0003133765330000084
分别为B、C、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure BDA0003133765330000085
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure BDA0003133765330000086
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
优选地，通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure BDA0003133765330000091
的过程为：
A、D相开路故障下，B、C、E、F四相绕组电流i'B、i'C、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'E0、i'F0为如下形式：
Figure BDA0003133765330000092
在未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure BDA0003133765330000093
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure BDA0003133765330000094
通过使未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure BDA0003133765330000095
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure BDA0003133765330000096
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure BDA0003133765330000101
Figure BDA0003133765330000102
优选地，正六相永磁电机适用于所述方法，所述正六相永磁电机采用允许中性电流不为零的六相多桥臂逆变器进行供电。
优选地，所述允许中性点电流不为零的六相多桥臂逆变器为六相全桥逆变器、六相七桥臂逆变器、六相八桥臂逆变器或六相九桥臂逆变器。
本发明的有益效果：本发明公开转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法，在六相永磁电机在一相、相邻两相、相隔两相、相对两相绕组发生开路故障时，能够对六相永磁电机的转矩波动与平均转矩实现不同比例配置的均衡补偿。
附图说明
图1是正六相电机绕组形式示意图；
图2是六相全桥逆变器拓扑示意图；
图3是六相七桥臂逆变器拓扑示意图；
图4是六相八桥臂逆变器拓扑示意图；
图5是六相九桥臂逆变器拓扑示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，包含一相、相邻两相、相隔两相、相对两相绕组发生开路故障的情况，正六相永磁电机适用于所述方法。
所述正六相永磁电机采用六相全桥逆变器、六相七桥臂逆变器、六相八桥臂逆变器、六相九桥臂逆变器或其他允许中性点电流不为零的六相多桥臂逆变器进行供电。
具体实施方式一：下面结合图1～5说明本实施方式，本实施方式所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，适用于六相永磁电机的任意一相绕组发生开路故障。
以A相绕组开路为例，说明六相永磁电机在任意一相绕组开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余B、C、D、E、F五相绕组输入电流按
Figure BDA0003133765330000111
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'B、i'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的B、C、D、E、F相绕组的电流，iB、iC、iD、iE、iF分别为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作时的B、C、D、E、F相绕组的电流相同，
Figure BDA0003133765330000112
分别为B、C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure BDA0003133765330000113
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure BDA0003133765330000114
的过程为：
A相开路故障下，B、C、D、E、F五相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式：
Figure BDA0003133765330000121
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure BDA0003133765330000122
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure BDA0003133765330000123
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure BDA0003133765330000124
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure BDA0003133765330000125
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure BDA0003133765330000126
Figure BDA0003133765330000127
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure BDA0003133765330000131
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
本实施方式中，根据所求得的
Figure BDA0003133765330000132
幅值与相位特征，通过设置权重因子k*调节两种电流成分的调整系数k1和k2，使得电流调整后电机的转矩波动可调。k*的取值范围为0～1，在这个范围内取任意值的k*均能满足A相开路故障时调整其它五相电流达到改善转矩特性的目的，只是k*取值不同，电机转矩波动不同，可根据实际需求灵活调整，这种能够既能满足改善转矩特性目的，又能实现灵活调整的特点是本发明计算方法的精髓所在。
以一台12槽14极六相永磁电机为例，分别给出该六相永磁电机在正常状态、A相开路状态下，在选取不同的权重因子k*时，采用本发明所述方法后的输出转矩特性，如表1所示，进而来说明本发明所述方法的优点。
表1正常状态及A相开路故障状态下的转矩特性对比
Figure BDA0003133765330000133
可以看出，采用本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法，可以显著降低六相永磁电机在一相绕组开路故障下的转矩波动，并可以给出多种不同幅度的转矩波动下降，进而能够更好地满足系统对多种容错动力方案的应用需求。
具体实施方式二：下面结合图1～5说明本实施方式，本实施方式所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，适用于六相永磁电机的相邻两相绕组发生开路故障。
以A、F相绕组开路为例，说明六相永磁电机在相邻两相绕组开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余B、C、D、E四相绕组输入电流按
Figure BDA0003133765330000141
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'B、i'C、i'D、i'E分别为调整后的B、C、D、E相绕组的电流，iB、iC、iD、iE分别为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作时的B、C、D、E相绕组的电流相同，
Figure BDA0003133765330000142
分别为B、C、D、E相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure BDA0003133765330000143
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure BDA0003133765330000144
的过程为：
A、F相开路故障下，B、C、D、E四相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0为如下形式：
Figure BDA0003133765330000145
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure BDA0003133765330000151
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure BDA0003133765330000152
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure BDA0003133765330000153
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure BDA0003133765330000154
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、D、E相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure BDA0003133765330000155
Figure BDA0003133765330000156
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure BDA0003133765330000157
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
本实施方式中，根据所求得的
Figure BDA0003133765330000161
幅值与相位特征，通过设置权重因子k*调节两种电流成分的调整系数k1和k2，使得电流调整后电机的转矩波动可调。k*的取值范围为0～1，在这个范围内取任意值的k*均能满足A、F相开路故障时调整其它四相电流达到改善转矩特性的目的，只是k*取值不同，电机转矩波动不同，可根据实际需求灵活调整，这种能够既能满足改善转矩特性目的，又能实现灵活调整的特点是本发明计算方法的精髓所在。
以一台12槽14极六相永磁电机为例，分别给出该六相永磁电机在正常状态和A、F相开路状态下，在选取不同的权重因子k*时，采用本发明所述方法后的输出转矩特性，如表2所示，进而来说明本发明所述方法的优点。
表2正常状态及A、F相开路故障状态下的转矩特性对比
Figure BDA0003133765330000162
可以看出，采用本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法，可以显著降低六相永磁电机在相邻两相绕组开路故障下的转矩波动，并可以给出多种不同幅度的转矩波动下降，进而能够更好地满足系统对多种容错动力方案的应用需求。
具体实施方式三：下面结合图1～5说明本实施方式，本实施方式所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，适用于六相永磁电机的相隔两相绕组发生开路故障。
以A、B相绕组开路为例，说明六相永磁电机在相隔两相绕组开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余C、D、E、F四相绕组输入电流按
Figure BDA0003133765330000171
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的C、D、E、F相绕组的电流，iC、iD、iE、iF分别为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作的C、D、E、F相绕组的电流相同，
Figure BDA0003133765330000172
分别为C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure BDA0003133765330000173
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure BDA0003133765330000174
的过程为：
A、B相开路故障下，C、D、E、F四相绕组电流i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式：
Figure BDA0003133765330000175
在未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure BDA0003133765330000176
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure BDA0003133765330000181
通过使未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure BDA0003133765330000182
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure BDA0003133765330000183
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure BDA0003133765330000184
Figure BDA0003133765330000185
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure BDA0003133765330000186
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
本实施方式中，根据所求得的
Figure BDA0003133765330000187
幅值与相位特征，通过设置权重因子k*调节两种电流成分的调整系数k1和k2，使得电流调整后电机的转矩波动可调。k*的取值范围为0～1，在这个范围内取任意值的k*均能满足A相开路故障时调整其它五相电流达到改善转矩特性的目的，只是k*取值不同，电机转矩波动不同，可根据实际需求灵活调整，这种能够既能满足改善转矩特性目的，又能实现灵活调整的特点是本发明计算方法的精髓所在。
以一台12槽14极六相永磁电机为例，分别给出该六相永磁电机在正常状态和A、B相开路状态下，在选取不同的权重因子k*时，采用本发明所属方法后的输出转矩特性，如表3所示，进而来说明本发明所述方法的优点。
表3正常状态及A、B相开路故障状态下的转矩特性对比
Figure BDA0003133765330000191
可以看出，采用本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法，可以显著降低六相永磁电机在相隔两相绕组开路故障下的转矩波动，并可以给出多种不同幅度的转矩波动下降，进而能够更好地满足系统对多种容错动力方案的应用需求。
具体实施方式四：下面结合图1～5说明本实施方式，本实施方式所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，适用于六相永磁电机的相对两相绕组发生开路故障。
以A、D相绕组开路为例，说明六相永磁电机在相对两相绕组开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余B、C、E、F四相绕组输入电流按
Figure BDA0003133765330000192
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'B、i'C、i'E、i'F分别为调整后的B、C、E、F相绕组的电流，iB、iC、iE、iF分别为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作时的B、C、E、F相绕组的电流相同，
Figure BDA0003133765330000201
分别为B、C、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure BDA0003133765330000202
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure BDA0003133765330000203
的过程为：
A、D相开路故障下，B、C、E、F四相绕组电流i'B、i'C、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'E0、i'F0为如下形式：
Figure BDA0003133765330000204
在未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure BDA0003133765330000205
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure BDA0003133765330000206
通过使未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure BDA0003133765330000211
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure BDA0003133765330000212
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure BDA0003133765330000213
Figure BDA0003133765330000214
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure BDA0003133765330000215
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
本实施方式中，根据所求得的
Figure BDA0003133765330000216
幅值与相位特征，通过设置权重因子k*调节两种电流成分的调整系数k1和k2，使得电流调整后电机的转矩波动可调。k*的取值范围为0～1，在这个范围内取任意值的k*均能满足A相开路故障时调整其它五相电流达到改善转矩特性的目的，只是k*取值不同，电机转矩波动不同，可根据实际需求灵活调整，这种能够既能满足改善转矩特性目的，又能实现灵活调整的特点是本发明计算方法的精髓所在。
以一台12槽14极六相永磁电机为例，分别给出该六相永磁电机在正常状态和A、D相开路状态下，在选取不同的权重因子k*时，采用本发明所属方法后的输出转矩特性，如表4所示，进而来说明本发明所述方法的优点。
表4正常状态及A、D相开路故障状态下的转矩特性对比
Figure BDA0003133765330000221
可以看出，采用本发明所述的转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错电流计算方法，可以显著降低六相永磁电机在相对两相绕组开路故障下的转矩波动，并可以给出多种不同幅度的转矩波动下降，进而能够更好地满足系统对多种容错动力方案的应用需求。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，A相绕组开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余B、C、D、E、F五相绕组输入电流按
Figure FDA0003630172450000011
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'B、i'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的B、C、D、E、F相绕组的电流，iB、iC、iD、iE、iF分别为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作时的B、C、D、E、F相绕组的电流相同，
Figure FDA0003630172450000012
分别为B、C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为B、C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure FDA0003630172450000013
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure FDA0003630172450000014
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
2.根据权利要求1所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure FDA0003630172450000021
的过程为：
A相开路故障下，B、C、D、E、F五相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式：
Figure FDA0003630172450000022
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure FDA0003630172450000023
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure FDA0003630172450000024
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure FDA0003630172450000025
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure FDA0003630172450000026
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure FDA0003630172450000031
Figure FDA0003630172450000032
3.转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，相邻A、F两相绕组分别开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余B、C、D、E四相绕组输入电流按
Figure FDA0003630172450000033
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'B、i'C、i'D、i'E分别为调整后的B、C、D、E相绕组的电流，iB、iC、iD、iE分别为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作时的B、C、D、E相绕组的电流相同，
Figure FDA0003630172450000034
分别为B、C、D、E相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为B、C、D、E相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure FDA0003630172450000035
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure FDA0003630172450000036
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
4.根据权利要求3所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure FDA0003630172450000041
的过程为：
A、F相开路故障下，B、C、D、E四相绕组电流i'B、i'C、i'D、i'E在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0为如下形式：
Figure FDA0003630172450000042
在未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure FDA0003630172450000043
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure FDA0003630172450000044
通过使未经调整系数调节的电流i'B0、i'C0、i'D0、i'E0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure FDA0003630172450000045
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure FDA0003630172450000051
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、D、E相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure FDA0003630172450000052
Figure FDA0003630172450000053
5.转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，相隔A、B两相绕组分别开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余C、D、E、F四相绕组输入电流按
Figure FDA0003630172450000054
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'C、i'D、i'E、i'F分别为调整后的C、D、E、F相绕组的电流，iC、iD、iE、iF分别为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作的C、D、E、F相绕组的电流相同，
Figure FDA0003630172450000055
分别为C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为C、D、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure FDA0003630172450000056
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure FDA0003630172450000061
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
6.根据权利要求5所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure FDA0003630172450000062
的过程为：
A、B相开路故障下，C、D、E、F四相绕组电流i'C、i'D、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0为如下形式：
Figure FDA0003630172450000063
在未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure FDA0003630172450000064
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure FDA0003630172450000065
通过使未经调整系数调节的电流i'C0、i'D0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure FDA0003630172450000071
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure FDA0003630172450000072
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的C、D、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure FDA0003630172450000073
Figure FDA0003630172450000074
7.转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，相对A、D两相绕组分别开路时，所述开路故障容错控制方法为：
调整其剩余B、C、E、F四相绕组输入电流按
Figure FDA0003630172450000075
进行工作，以改善故障后转矩特性；
式中，i'B、i'C、i'E、i'F分别为调整后的B、C、E、F相绕组的电流，iB、iC、iE、iF分别为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分，与电机正常工作时的B、C、E、F相绕组的电流相同，
Figure FDA0003630172450000076
分别为B、C、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，Im为B、C、E、F相绕组的平均转矩电流成分的幅值，ω为电流角频率，t为时间，k1、k2分别为平均转矩电流成分调整系数和抵消转矩波动的电流成分的调整系数；
通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数，获得抵消转矩波动的电流成分：
Figure FDA0003630172450000081
平均转矩电流成分调整系数k1和抵消转矩波动的电流成分的调整系数k2按下式获取：
Figure FDA0003630172450000082
式中：k*为权重因子；
通过调整权重因子k*在0至1之间变化来调整k1和k2的值，进而达到调整开路故障电机转矩波动大小的目的。
8.根据权利要求7所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，通过补偿逆向旋转磁动势抵消转矩波动，并基于拉格朗日乘数法得到对应的目标函数P，来获取抵消转矩波动的电流成分
Figure FDA0003630172450000083
的过程为：
A、D相开路故障下，B、C、E、F四相绕组电流i'B、i'C、i'E、i'F在未经调整系数调节时的电流i'B0、i'C0、i'E0、i'F0为如下形式：
Figure FDA0003630172450000084
在未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0的作用下，电机的合成磁动势为：
Figure FDA0003630172450000085
式中，kdp为绕组因数，N为绕组匝数，θ为气隙圆周空间位置角度，f*(θ,t)为抵消转矩波动的电流成分的合成磁动势，并分解为：
Figure FDA0003630172450000086
通过使未经调整系数调节的i'B0、i'C0、i'E0、i'F0作用下的合成磁动势逆向旋转分量为零，得到拉格朗日乘数法的约束条件：
Figure FDA0003630172450000091
以抵消转矩波动的电流成分的总铜损最小为目标，基于拉格朗日乘数法，得到对应的目标函数P的表达式为：
Figure FDA0003630172450000092
式中，λ1、λ2为拉格朗日算子；
进而可以得到调整后的B、C、E、F相绕组的抵消转矩波动的电流成分，即，
Figure FDA0003630172450000093
Figure FDA0003630172450000094
9.根据权利要求1、3、5或7所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，正六相永磁电机适用于所述方法，所述正六相永磁电机采用允许中性点电流不为零的六相多桥臂逆变器进行供电。
10.根据权利要求9所述转矩波动可调的六相永磁电机开路故障容错控制方法，其特征在于，所述允许中性点电流不为零的六相多桥臂逆变器为六相全桥逆变器、六相七桥臂逆变器、六相八桥臂逆变器或六相九桥臂逆变器。
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