CN114400932B - 一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法 - Google Patents

一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法，涉及多相电机控制技术领域。为提高双三相电机的开路故障容错能力，两套绕组的中性点分别连接到额外的两个桥臂，当双三相电机正常工况运行时，增加的桥臂保持关闭状态，电机可采用正常工况控制策略，保留了双中性点配置下的双三相电机对3k次谐波电流的抑制能力。缺相故障发生时，启用缺相故障绕组对应中性点桥臂并运行提出的直接转矩控制策略，提高了双三相电机的容错能力。本发明还引入了两套绕组的转矩分配系数，可以灵活的调整两套绕组的相电流幅值。并且本发明对故障下三次谐波反电动势产生的谐波转矩进行补偿，显著提升了故障下的运行性能。

Description

一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法
技术领域
本发明属于多相电机驱动控制领域，尤其是涉及一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法。
背景技术
永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优点被广泛应有于汽车、船舶推进等领域。然而潜在的失效问题，使得传统三相电机驱动系统难以满足高可靠性的应用场合的需求。尤其是采用星型连接和两电平电压源逆变器驱动的三相电机驱动系统，当其中的一相绕组发生开路故障后，电机剩余的两相绕组无法产生圆形的旋转磁动势，系统无法在开路故障下继续运行。近年来，多相电机的驱动技术得到了飞速的发展。相对于传统三相电机，多相电机提供了更多的控制自由度，提升了故障后的运行性能。另外，多相电机也能减小缺相故障后的降额功率。并且减小相的电流，在一定程度上降低了大功率电机的制造和驱动难度。在多相电机中，具有多套对称三相绕组的电机具有更好的谐波电流抑制能力，降低了控制系统的复杂程度。例如双三相永磁电机具有两套独立的三相绕组，通过中性点隔离的方式抑制了3k次的谐波电流。同时双三相电机还通过两套绕组30度的空间相移获得了低转矩脉动特性。因此，双三相电机在高可靠性的应用场合具有较大的应用潜力。双三相电机通过两套三相绕组中性点隔离的连接方式抑制了零序电流，具有较好的谐波电流抑制能力。然而，双中性点的连接方式降低了系统的控制维数，削弱了双三相电机系统的容错性能。
发明内容
为保留双中性点连接的双三相电机的谐波电流抑制能力，并提高双中性点连接的双三相电机故障下的容错能力。本发明公开了一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法。
技术方案为：一种双三相电机容错直接转矩控制系统，控制系统包含速度控制器模块，观测器模块，转矩分配模块，转矩磁链滞环控制器1模块，转矩磁链滞环控制器2模块，开关表1，开关表2，八桥臂逆变器，双三相电机。
所述速度控制器模块输入为实际转速和给定转速，输出为参考转矩。
所述观测器模块输入为电机转子位置角和6相电流，输出分别为两套三相绕组的磁链、转矩、谐波转矩和两套三相绕组定子磁链所在扇区。
所述转矩分配模块输入为参考转矩，根据设定的两套绕组的转矩分配系数输出两套三相绕组的参考转矩。
所述，转矩磁链滞环控制器1模块输入为第1套三相绕组的给定转矩、给定磁链、实时转矩、实时磁链。
所述，转矩磁链滞环控制器2模块输入为第2套三相绕的给定转矩、给定磁链、实时转矩、实时磁链。
所述八桥臂逆变器逆变器，由8个全控型功率器件构成，每两个功率器件组成一个桥臂。其中6个桥臂分别和双三相电机的6相连接，剩余两相分别和第一套三相绕组的中性点以及第二套三相绕组的中性点相连接。
所述的双三相电机含有两套对称的三相绕组，采用双中性点连接方式，两套三相绕组采用星型连接，两套三相绕组为便于描述分别命名为ABC绕组和DEF绕组。
进一步，所述的一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法，其特征在于支持双三相电机运行在正常工况，运行在任意三相绕组缺1相工作状态。
进一步，所述的一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法，其特征在于正常工况时，与中性点相连的两个桥臂的功率器件保持关闭状态。此时中性点桥臂不会在电路中引入3k次的谐波电流，但中性点桥臂保持连接可实现热备份。
进一步，所述的一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法，其特征在于缺相工况时，与中性点相连中性点桥臂启用，运行本发明公开的容错算法，保证电机在开路故障下稳定运行。
进一步，所述的一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法，其特征在于缺相工况时，补偿了3次反电动势产生的谐波转矩，可以显著得提升故障下的运行性能。
进一步，所述的一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法，其特征在于控制系统中包含的转矩分配模块可灵活地调整两套三相绕组转矩，从而调整两套三相绕组的电流幅值。
进一步，所述的一种双三相电机容错直接转矩控制系统及其方法，其特征在于通过定义不同工况下的开关表1和开关表2即可实现正常工况、任意三相绕组缺1相开路故障工况的稳定运行。
进一步，一种双三相电机容错直接转矩控制方法，包含以下实施步骤：
步骤1：观测器模块根据位置信号传感器得到得位置信息计算出电机实时转速，根据电流传感器采集得到得电流信号以及位置信号传感器得到得位置信息计算出两套三相绕组的转矩、磁链、谐波转矩、以及扇区，其中两套三相绕组的磁链和转矩可以由式(1)到(3)计算得到。
式中id1，iq1和id2，iq2为分别为两套绕组在dq平面的电流；Ld1，Lq1和Ld1，Lq1为分别为两套绕组在dq平面的等效电感；ψd1，ψq1和ψd2，ψq2为分别为两套绕组在dq平面的磁链；ψs1，ψs2为两套三相绕组的定子磁链。ψr为转子永磁体磁链；np为极对数，Rs为绕组电阻；Te1和Te2为两套绕组的电磁转矩；Te为总电磁转矩。
两套绕组中三次谐波反电动势产生的谐波转矩由式(4)观测得到。
式中Te1(3)为第一套三相绕组的三次谐波反电动势产生的谐波转矩，Te2(3)为第二套三相绕组三次谐波反电动势产生的谐波转矩。ψ3为转子3次谐波磁链幅值；θr为转子位置角；ΔθA为转子位置角θr为零时三次谐波磁链与A轴的夹角；IOABC为ABC三相绕组电流之和；IODEF为DEF三相绕组电流之和。
两套三相绕组磁链所在扇区Sec1和Sec2由对应定子磁链ψs1和ψs2在基波平面的角度得到。定子磁链ψs1和ψs2在基波平面的角度Anle1和Angle2可由式(5)计算得到。
当磁链所在角度为-30度到30度时扇区号为1
当磁链所在角度为30度到90度时扇区号为2
当磁链所在角度为90度到150度时扇区号为3
当磁链所在角度为150度到210度时扇区号为4
当磁链所在角度为210度到270度时扇区号为5
当磁链所在角度为270度到330度时扇区号为6
步骤2：由转速控制器模块根据给定转速和实际转速获得所需的参考转矩。
步骤3：由转矩分配模块根据参考转矩和设定的转矩分配系数k1和k2获得ABC绕组和DEF绕组的参考转矩。
步骤4：由转矩磁链滞环控制器1模块获得ABC绕组的转矩和磁链控制状态。转矩误差由参考转矩减去Te1和Te1(3)得到。磁链误差由参考磁链减去ABC绕组磁链ψs1得到。转矩滞环比较器根据转矩误差得到转矩控制状态，磁链比较器根据磁链误差得到磁链控制状态。
步骤5：由转矩磁链滞环控制器2模块获得DEF绕组的转矩和磁链控制状态。转矩误差由参考转矩减去Te2和Te2(3)得到。磁链误差由参考磁链减去DEF绕组磁链ψs2得到。转矩滞环比较器根据转矩误差得到转矩控制状态，磁链比较器根据磁链误差得到磁链控制状态。
步骤6：开关表1根据ABC绕组的转矩和磁链控制状态以及定子磁链ψs1所在扇区选取目标电压矢量。
ABC绕组电压矢量的定义分为无故障情况；A相开路情况；B相开路情况；C相开路情况。
无故障情况以ABC顺序定义电压矢量；A相开路情况以BCN1定义电压矢量，N1为ABC绕组连接的中性点桥臂；B相开路情况以ACN1定义电压矢量；C相开路情况以ABN1定义电压矢量。对应桥臂开通为1，关断为零。
无故障情况以ABC顺序定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)。
A相开路情况以BCN1定义的6个非零电压矢量分别为u1(001)、u2(101)，u3(100)，u4(110)，u5(010)，u6(011)。
B相开路情况以ACN1定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(101)，u3(001)，u4(011)，u5(010)，u6(110)。
C相开路情况以ABN1定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)。
控制系统根据电机运行状态从无故障情况、A相开路情况、B相开路情况、C相开路情况四种情况中确定u1、u2、u3、u4、u5、u6电压矢量。根据开关表决定最后所需的电压矢量。开关表按照如下规则定义：
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为1时，转矩增加且磁链增加选择u2；当转矩增加且磁链减小时选择u3，当转矩减小且磁链增加时选择u6，当转矩减小且磁链减小时选择u5。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为2时，转矩增加且磁链增加选择u3；当转矩增加且磁链减小时选择u4，当转矩减小且磁链增加时选择u1，当转矩减小且磁链减小时选择u6。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为3时，转矩增加且磁链增加选择u4；当转矩增加且磁链减小时选择u5，当转矩减小且磁链增加时选择u2，当转矩减小且磁链减小时选择u1。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为4时，转矩增加且磁链增加选择u5；当转矩增加且磁链减小时选择u6，当转矩减小且磁链增加时选择u3，当转矩减小且磁链减小时选择u2。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为5时，转矩增加且磁链增加选择u6；当转矩增加且磁链减小时选择u1，当转矩减小且磁链增加时选择u4，当转矩减小且磁链减小时选择u3。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为6时，转矩增加且磁链增加选择u1；当转矩增加且磁链减小时选择u2，当转矩减小且磁链增加时选择u5，当转矩减小且磁链减小时选择u4。
步骤7：开关表2根据DEF绕组的转矩和磁链控制状态以及定子磁链ψs2所在扇区选取目标电压矢量。
DEF绕组电压矢量的定义分为无故障情况；D相开路情况；E相开路情况；F相开路情况。
无故障情况以DEF顺序定义电压矢量；D相开路情况以EFN2定义电压矢量，N2为DEF绕组连接的中性点桥臂；E相开路情况以DFN2定义电压矢量；F相开路情况以DEN2定义电压矢量。对应桥臂开通为1，关断为零。
无故障情况以DEF顺序定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)。
D相开路情况以EFN2定义的6个非零电压矢量分别为u1(001)、u2(101)，u3(100)，u4(110)，u5(010)，u6(011)。
E相开路情况以DFN2定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(101)，u3(001)，u4(011)，u5(010)，u6(110)。
F相开路情况以EFN2定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)。
控制系统根据电机运行状态从无故障情况、D相开路情况、E相开路情况、F相开路情况四种情况中确定u1、u2、u3、u4、u5、u6电压矢量。根据开关表决定最后所需的电压矢量。开关表按照如下规则定义：
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为1时，转矩增加且磁链增加选择u2；当转矩增加且磁链减小时选择u3，当转矩减小且磁链增加时选择u6，当转矩减小且磁链减小时选择u5。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为2时，转矩增加且磁链增加选择u3；当转矩增加且磁链减小时选择u4，当转矩减小且磁链增加时选择u1，当转矩减小且磁链减小时选择u6。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为3时，转矩增加且磁链增加选择u4；当转矩增加且磁链减小时选择u5，当转矩减小且磁链增加时选择u2，当转矩减小且磁链减小时选择u1。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为4时，转矩增加且磁链增加选择u5；当转矩增加且磁链减小时选择u6，当转矩减小且磁链增加时选择u3，当转矩减小且磁链减小时选择u2。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为5时，转矩增加且磁链增加选择u6；当转矩增加且磁链减小时选择u1，当转矩减小且磁链增加时选择u4，当转矩减小且磁链减小时选择u3。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为6时，转矩增加且磁链增加选择u1；当转矩增加且磁链减小时选择u2，当转矩减小且磁链增加时选择u5，当转矩减小且磁链减小时选择u4。
步骤8：由八桥臂逆变器根据开关表1和开关表2确定的矢量输出对应电压驱动双三相电机。
本发明具有以下技术效果：
采用该发明的容错直接转矩控制系统和方法，保留了双中性点连接的双三相电机的谐波电流抑制能力，并提高双中性点连接的双三相电机开路故障下的容错能力。该发明的容错直接转矩控制系统和方法考虑了反电动势谐波产生的脉动转矩，可显著减小了电机故障下的系统脉动，并且通过本发明可以灵活的调节电机故障下两套绕组的电流幅值避免单套绕组电流载荷过大的情况发生。
附图说明
图1为本发明实施例提供的本发明一种双三相电机容错直接转矩控制系统框图。
图2为本发明实施例提供的八桥臂逆变器结构图。
图3为本发明实施例提供的本发明一种双三相电机容错直接转矩控制系统仿真结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明一种双三相电机容错直接转矩控制系统及框图。包含速度控制器模块，观测器模块，转矩分配模块，转矩磁链滞环控制器1模块，转矩磁链滞环控制器2模块，开关表1，开关表2，八桥臂逆变器，双三相电机。
如图2所示为本发明一种双三相电机容错直接转矩控制系统所采用八桥臂逆变器示意图。
步骤1：观测器模块根据位置信号传感器得到得位置信息计算出电机实时转速，根据电流传感器采集得到得电流信号以及位置信号传感器得到得位置信息计算出两套三相绕组的转矩、磁链、谐波转矩、以及扇区，其中两套三相绕组的磁链和转矩可以由式(1)到(3)计算得到。
式中id1，iq1和id2，iq2为分别为两套绕组在dq平面的电流；Ld1，Lq1和Ld1，Lq1为分别为两套绕组在dq平面的等效电感；ψd1，ψq1和ψd2，ψq2为分别为两套绕组在dq平面的磁链；ψs1，ψs2为两套三相绕组的定子磁链。ψr为转子永磁体磁链；np为极对数，Rs为绕组电阻；Te1和Te2为两套绕组的电磁转矩；Te为总电磁转矩。
两套绕组中三次谐波反电动势产生的谐波转矩由式()观测得到。
式中Te1(3)为第一套三相绕组三次谐波反电动势产生的谐波转矩，Te2(3)为第二套三相绕组三次谐波反电动势产生的谐波转矩。ψ3为转子3次谐波磁链幅值；θr为转子位置角；ΔθA为转子位置角θr为零时三次谐波磁链与A轴的夹角；IOABC为ABC三相绕组电流之和；IODEF为DEF三相绕组电流之和。
两套三相绕组磁链所在扇区Sec1和Sec2由对应定子磁链ψs1和ψs2在基波平面的角度得到。定子磁链ψs1和ψs2在基波平面的角度Anle1和Angle2可由式(5)计算得到。
当磁链所在角度为-30度到30度时扇区号为1；
当磁链所在角度为30度到90度时扇区号为2；
当磁链所在角度为90度到150度时扇区号为3；
当磁链所在角度为150度到210度时扇区号为4；
当磁链所在角度为210度到270度时扇区号为5；
当磁链所在角度为270度到330度时扇区号为6。
步骤2：由转速控制器模块根据给定转速和实际转速获得所需的参考转矩。
步骤3：由转矩分配模块根据参考转矩获得ABC绕组和DEF绕组的参考转矩。
步骤4：由转矩磁链滞环控制器1模块获得ABC绕组的转矩和磁链控制状态。转矩误差由参考转矩减去Te1和Te1(3)得到。
步骤5：由转矩磁链滞环控制器2模块获得DEF绕组的转矩和磁链控制状态。转矩误差由参考转矩减去Te2和Te2(3)得到。
步骤6：开关表1根据ABC绕组的转矩和磁链控制状态以及定子磁链ψs1所在扇区选取目标电压矢量。
ABC绕组电压矢量的定义分为无故障情况；A相开路情况；B相开路情况；C相开路情况。
无故障情况以ABC顺序定义电压矢量；A相开路情况以BCN1定义电压矢量；B相开路情况以ACN1定义电压矢量；C相开路情况以ABN1定义电压矢量。对应桥臂开通为1，关断为零。
无故障情况以ABC顺序定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)。
A相开路情况以BCN1定义的6个非零电压矢量分别为u1(001)、u2(101)，u3(100)，u4(110)，u5(010)，u6(011)。
B相开路情况以ACN1定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(101)，u3(001)，u4(011)，u5(010)，u6(110)。
C相开路情况以ABN1定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)。
控制系统根据电机运行状态从无故障情况、A相开路情况、B相开路情况、C相开路情况四种情况中确定u1、u2、u3、u4、u5、u6电压矢量。根据开关表决定最后所需的电压矢量。开关表按照如下规则定义：
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为1时，转矩增加且磁链增加选择u2；当转矩增加且磁链减小时选择u3，当转矩减小且磁链增加时选择u6，当转矩减小且磁链减小时选择u5。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为2时，转矩增加且磁链增加选择u3；当转矩增加且磁链减小时选择u4，当转矩减小且磁链增加时选择u1，当转矩减小且磁链减小时选择u6。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为3时，转矩增加且磁链增加选择u4；当转矩增加且磁链减小时选择u5，当转矩减小且磁链增加时选择u2，当转矩减小且磁链减小时选择u1。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为4时，转矩增加且磁链增加选择u5；当转矩增加且磁链减小时选择u6，当转矩减小且磁链增加时选择u3，当转矩减小且磁链减小时选择u2。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为5时，转矩增加且磁链增加选择u6；当转矩增加且磁链减小时选择u1，当转矩减小且磁链增加时选择u4，当转矩减小且磁链减小时选择u3。
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为6时，转矩增加且磁链增加选择u1；当转矩增加且磁链减小时选择u2，当转矩减小且磁链增加时选择u5，当转矩减小且磁链减小时选择u4。
步骤7：开关表2根据DEF绕组的转矩和磁链控制状态以及定子磁链ψs2所在扇区选取目标电压矢量。
DEF绕组电压矢量的定义分为无故障情况；D相开路情况；E相开路情况；F相开路情况。
无故障情况以DEF顺序定义电压矢量；D相开路情况以EFN2定义电压矢量；E相开路情况以DFN2定义电压矢量；F相开路情况以DEN2定义电压矢量。对应桥臂开通为1，关断为零。
无故障情况以DEF顺序定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)。
D相开路情况以EFN2定义的6个非零电压矢量分别为u1(001)、u2(101)，u3(100)，u4(110)，u5(010)，u6(011)。
E相开路情况以DFN2定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(101)，u3(001)，u4(011)，u5(010)，u6(110)。
F相开路情况以EFN2定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)。
控制系统根据电机运行状态从无故障情况、D相开路情况、E相开路情况、F相开路情况四种情况中确定u1、u2、u3、u4、u5、u6电压矢量。根据开关表决定最后所需的电压矢量。开关表按照如下规则定义：
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec1为1时，转矩增加且磁链增加选择u2；当转矩增加且磁链减小时选择u3，当转矩减小且磁链增加时选择u6，当转矩减小且磁链减小时选择u5。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec1为2时，转矩增加且磁链增加选择u3；当转矩增加且磁链减小时选择u4，当转矩减小且磁链增加时选择u1，当转矩减小且磁链减小时选择u6。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec1为3时，转矩增加且磁链增加选择u4；当转矩增加且磁链减小时选择u5，当转矩减小且磁链增加时选择u2，当转矩减小且磁链减小时选择u1。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec1为4时，转矩增加且磁链增加选择u5；当转矩增加且磁链减小时选择u6，当转矩减小且磁链增加时选择u3，当转矩减小且磁链减小时选择u2。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec1为5时，转矩增加且磁链增加选择u6；当转矩增加且磁链减小时选择u1，当转矩减小且磁链增加时选择u4，当转矩减小且磁链减小时选择u3。
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec1为6时，转矩增加且磁链增加选择u1；当转矩增加且磁链减小时选择u2，当转矩减小且磁链增加时选择u5，当转矩减小且磁链减小时选择u4。
步骤8：由八桥臂逆变器根据开关表1和开关表2确定的矢量输出对应电压驱动双三相电机。
图3为本发明的仿真试验结果，当采用本发明的控制算法后电机在开路故障后的控制效果得到显著的提高。
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 (8)

1.一种双三相电机容错直接转矩控制方法，其特征在于，包含以下实施步骤：
步骤1：观测器模块根据位置信号传感器得到得位置信息计算出电机实时转速，根据电流传感器采集得到得电流信号以及位置信号传感器得到得位置信息计算出两套三相绕组的转矩、磁链、谐波转矩、以及扇区，其中两套三相绕组的磁链和转矩可以由式(1)到(3)计算得到；
式中id1，iq1和id2，iq2为分别为两套绕组在dq平面的电流；Ld1，Lq1和Ld2，Lq2为分别为两套绕组在dq平面的等效电感；ψd1，ψq1和ψd2，ψq2为分别为两套绕组在dq平面的磁链；ψs1，ψs2为两套三相绕组的定子磁链；ψr为转子永磁体磁链；np为极对数，Rs为绕组电阻；Te1和Te2为两套绕组的电磁转矩；Te为总电磁转矩；
两套绕组中三次谐波反电动势产生的谐波转矩由式(4)观测得到
式中Te1(3)为第一套三相绕组的三次谐波反电动势产生的谐波转矩，Te2(3)为第二套三相绕组三次谐波反电动势产生的谐波转矩，ψ3为转子3次谐波磁链幅值；θr为转子位置角；ΔθA为转子位置角θr为零时三次谐波磁链与A轴的夹角；IOABC为ABC三相绕组电流之和；IODEF为DEF三相绕组电流之和；
两套三相绕组磁链所在扇区Sec1和Sec2由对应定子磁链ψs1和ψs2在基波平面的角度得到，定子磁链ψs1和ψs2在基波平面的角度Anle1和Angle2可由式(5)计算得到；
当磁链所在角度为-30度到30度时扇区号为1；
当磁链所在角度为30度到90度时扇区号为2；
当磁链所在角度为90度到150度时扇区号为3；
当磁链所在角度为150度到210度时扇区号为4；
当磁链所在角度为210度到270度时扇区号为5；
当磁链所在角度为270度到330度时扇区号为6；
步骤2：由转速控制器模块根据给定转速和实际转速获得所需的参考转矩；
步骤3：由转矩分配模块根据参考转矩和设定的转矩分配系数k1和k2获得ABC绕组和DEF绕组的参考转矩；
步骤4：由转矩磁链滞环控制器1模块获得ABC绕组的转矩和磁链控制状态，转矩误差由参考转矩减去Te1和Te1(3)得到，磁链误差由参考磁链减去ABC绕组磁链ψs1得到，转矩滞环比较器根据转矩误差得到转矩控制状态，磁链比较器根据磁链误差得到磁链控制状态；
步骤5：由转矩磁链滞环控制器2模块获得DEF绕组的转矩和磁链控制状态，转矩误差由参考转矩减去Te2和Te2(3)得到，磁链误差由参考磁链减去DEF绕组磁链ψs2得到，转矩滞环比较器根据转矩误差得到转矩控制状态，磁链比较器根据磁链误差得到磁链控制状态；
步骤6：开关表1根据ABC绕组的转矩和磁链控制状态以及定子磁链ψs1所在扇区选取目标电压矢量；
ABC绕组电压矢量的定义分为无故障情况；A相开路情况；B相开路情况；C相开路情况；
无故障情况以ABC顺序定义电压矢量；A相开路情况以BCN1定义电压矢量，N1为ABC绕组连接的中性点桥臂；B相开路情况以ACN1定义电压矢量；C相开路情况以ABN1定义电压矢量，对应桥臂开通为1，关断为零；
无故障情况以ABC顺序定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)；
A相开路情况以BCN1定义的6个非零电压矢量分别为u1(001)、u2(101)，u3(100)，u4(110)，u5(010)，u6(011)；
B相开路情况以ACN1定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(101)，u3(001)，u4(011)，u5(010)，u6(110)；
C相开路情况以ABN1定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)；
控制系统根据电机运行状态从无故障情况、A相开路情况、B相开路情况、C相开路情况四种情况中确定u1、u2、u3、u4、u5、u6电压矢量，根据开关表决定最后所需的电压矢量，开关表按照如下规则定义：
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为1时，转矩增加且磁链增加选择u2；当转矩增加且磁链减小时选择u3，当转矩减小且磁链增加时选择u6，当转矩减小且磁链减小时选择u5；
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为2时，转矩增加且磁链增加选择u3；当转矩增加且磁链减小时选择u4，当转矩减小且磁链增加时选择u1，当转矩减小且磁链减小时选择u6；
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为3时，转矩增加且磁链增加选择u4；当转矩增加且磁链减小时选择u5，当转矩减小且磁链增加时选择u2，当转矩减小且磁链减小时选择u1；
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为4时，转矩增加且磁链增加选择u5；当转矩增加且磁链减小时选择u6，当转矩减小且磁链增加时选择u3，当转矩减小且磁链减小时选择u2；
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为5时，转矩增加且磁链增加选择u6；当转矩增加且磁链减小时选择u1，当转矩减小且磁链增加时选择u4，当转矩减小且磁链减小时选择u3；
当定子磁链定子磁链ψs1所在扇区Sec1为6时，转矩增加且磁链增加选择u1；当转矩增加且磁链减小时选择u2，当转矩减小且磁链增加时选择u5，当转矩减小且磁链减小时选择u4；
步骤7：开关表2根据DEF绕组的转矩和磁链控制状态以及定子磁链ψs2所在扇区选取目标电压矢量；
DEF绕组电压矢量的定义分为无故障情况；D相开路情况；E相开路情况；F相开路情况；
无故障情况以DEF顺序定义电压矢量；D相开路情况以EFN2定义电压矢量，N2为DEF绕组连接的中性点桥臂；E相开路情况以DFN2定义电压矢量；F相开路情况以DEN2定义电压矢量，对应桥臂开通为1，关断为零；
无故障情况以DEF顺序定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)；
D相开路情况以EFN2定义的6个非零电压矢量分别为u1(001)、u2(101)，u3(100)，u4(110)，u5(010)，u6(011)；
E相开路情况以DFN2定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(101)，u3(001)，u4(011)，u5(010)，u6(110)；
F相开路情况以EFN2定义的6个非零电压矢量分别为u1(100)、u2(110)，u3(010)，u4(011)，u5(001)，u6(101)；
控制系统根据电机运行状态从无故障情况、D相开路情况、E相开路情况、F相开路情况四种情况中确定u1、u2、u3、u4、u5、u6电压矢量，根据开关表决定最后所需的电压矢量，开关表按照如下规则定义：
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为1时，转矩增加且磁链增加选择u2；当转矩增加且磁链减小时选择u3，当转矩减小且磁链增加时选择u6，当转矩减小且磁链减小时选择u5；
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为2时，转矩增加且磁链增加选择u3；当转矩增加且磁链减小时选择u4，当转矩减小且磁链增加时选择u1，当转矩减小且磁链减小时选择u6；
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为3时，转矩增加且磁链增加选择u4；当转矩增加且磁链减小时选择u5，当转矩减小且磁链增加时选择u2，当转矩减小且磁链减小时选择u1；
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为4时，转矩增加且磁链增加选择u5；当转矩增加且磁链减小时选择u6，当转矩减小且磁链增加时选择u3，当转矩减小且磁链减小时选择u2；
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为5时，转矩增加且磁链增加选择u6；当转矩增加且磁链减小时选择u1，当转矩减小且磁链增加时选择u4，当转矩减小且磁链减小时选择u3；
当定子磁链定子磁链ψs2所在扇区Sec2为6时，转矩增加且磁链增加选择u1；当转矩增加且磁链减小时选择u2，当转矩减小且磁链增加时选择u5，当转矩减小且磁链减小时选择u4；
步骤8：由八桥臂逆变器根据步骤6和步骤7中的电压矢量选取规则，输出对应电压矢量驱动双三相电机。
2.一种根据权利要求1所述的双三相电机容错直接转矩控制方法的系统，其特征在于，控制系统包含速度控制器模块，观测器模块，转矩分配模块，转矩磁链滞环控制器1模块，转矩磁链滞环控制器2模块，开关表1，开关表2，八桥臂逆变器，双三相电机；
所述速度控制器模块输入为实际转速和给定转速，输出为参考转矩；
所述观测器模块输入为电机转子位置角和6相电流，输出分别为两套三相绕组的磁链、转矩、谐波转矩和两套三相绕组定子磁链所在扇区；
所述转矩分配模块输入为参考转矩，根据设定的两套绕组的转矩分配系数输出两套三相绕组的参考转矩；
所述转矩磁链滞环控制器1模块输入为第1套三相绕组的给定转矩、给定磁链、实时转矩、实时磁链；
所述转矩磁链滞环控制器2模块输入为第2套三相绕的给定转矩、给定磁链、实时转矩、实时磁链；
所述八桥臂逆变器逆变器，由8个全控型功率器件构成，每两个功率器件组成一个桥臂，其中6个桥臂分别和双三相电机的6相连接，剩余两相分别和第一套三相绕组的中性点以及第二套三相绕组的中性点相连接；
所述的双三相电机含有两套对称的三相绕组，采用双中性点连接方式，两套三相绕组采用星型连接，两套三相绕组为便于描述分别命名为ABC绕组和DEF绕组。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，双三相电机运行在正常工况，运行在任意三相绕组缺1相工作状态。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当正常工况时，与中性点相连的两个桥臂的功率器件保持关闭状态；此时中性点桥臂不会在电路中引入3k次的谐波电流，但中性点桥臂保持连接可实现热备份。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当缺相工况时，与中性点相连中性点桥臂启用，运行容错算法，保证电机在开路故障下稳定运行。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当缺相工况时，补偿了3次反电动势产生谐波转矩。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，转矩分配模块能够调整两套三相绕组转矩，从而调整两套三相绕组的电流幅值。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，通过定义不同工况下的开关表1和开关表2即可实现正常工况、任意三相绕组缺1相开路故障工况的稳定运行。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107222146A (zh) * 2017-07-31 2017-09-29 福州大学 双三相永磁同步电机高负载能力的直接转矩控制方法
CN108574442A (zh) * 2018-05-08 2018-09-25 长安大学 一种六相电机直接转矩控制系统及其控制方法
CN110504889A (zh) * 2019-07-24 2019-11-26 江苏大学 一种基于新型容错开关表的五相永磁同步电机容错直接转矩控制方法
CN112039326A (zh) * 2020-08-17 2020-12-04 上海电机学院 一种无刷直流电机逆变器的四桥臂容错系统及其控制方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2676363A2 (en) * 2011-02-14 2013-12-25 Shop VAC Corporation System and method of controlling the speed of a motor based on dwell
EP3223422B1 (en) * 2016-03-24 2023-06-14 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Control arrangement of a multi-stator machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107222146A (zh) * 2017-07-31 2017-09-29 福州大学 双三相永磁同步电机高负载能力的直接转矩控制方法
CN108574442A (zh) * 2018-05-08 2018-09-25 长安大学 一种六相电机直接转矩控制系统及其控制方法
CN110504889A (zh) * 2019-07-24 2019-11-26 江苏大学 一种基于新型容错开关表的五相永磁同步电机容错直接转矩控制方法
CN112039326A (zh) * 2020-08-17 2020-12-04 上海电机学院 一种无刷直流电机逆变器的四桥臂容错系统及其控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
高闯 等.低谐波双三相永磁同步电机及其容错控制.《电工技术学报》.2017,第32卷(第32期),第124-130页. *

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