CN115001356A - 一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法 - Google Patents

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CN115001356A CN202210887630.XA CN202210887630A CN115001356A CN 115001356 A CN115001356 A CN 115001356A CN 202210887630 A CN202210887630 A CN 202210887630A CN 115001356 A CN115001356 A CN 115001356A
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Abstract

本发明公开一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，所述控制系统包括转速控制模块，电流分配器，转矩空间电流控制模块，抗扰模块，第一电压旋转变换模块，谐波空间电流参考值生成模块，谐波空间电流控制模块，第二电压旋转变换模块，电压转换模块，电流转换模块，第一电流旋转变换模块，第二电流旋转变换模块，第一脉宽调制模块，第二脉宽调制模块，第一三相逆变器，第二三相逆变器，编码器，转速计算器，双三相电机。本发明控制系统及其工作方法适用于健康工况和故障工况，能够自动在二者之间无缝切换而且不需要故障识别和定位等诊断操作，可以通过调整两套三相绕组的电流幅值比和相位偏移实现双三相电机系统故障后不同的优化目标。

Description

一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及多相电机控制技术以及容错控制领域，具体是一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法。
背景技术
双三相电机凭借着优异的电气故障容错能力在电气化交通，多电飞机等可靠性要求严苛领域广受欢迎，同时在海上风电等远距离场合(维修困难且成本高)也广受青睐。多相电机驱动系统的故障容错控制一直是研究热点。得益于双三相电机相比传统三相电机的额外自由度，双三相电机驱动系统能够在不改变硬件连接方式下仅仅依靠软件上控制方法的改变从而实现无转矩纹波的故障容错性能。
针对单相开路故障，现有基于矢量控制的双三相电机容错控制系统主要分为如下两大类：1)降阶解耦变换矩阵。健康工况下传统矢量控制通过矢量空间解耦(Vector SpaceDecomposition，VSD)方法将六相物理量映射到两组二维解耦空间，分别为转矩空间和谐波空间。考虑单相开路故障导致相电流数值为零，继续采用原有全阶解耦变换矩阵会导致转矩空间和谐波空间中的电流相互耦合，无法独立调节。采用降阶解耦变换矩阵重新将剩余5相电流映射到相互解耦的二维空间和一维空间从而实现解耦控制。2)改变谐波空间电流参考值。由于故障情况下不同子空间相互耦合，转矩空间电流和谐波空间电流存在内在关联，两者电流闭环控制目标出现冲突。为了保障转矩平稳，第二种方法根据故障相电流为零的约束调整谐波空间电流参考值从而实现容错控制。
上述两种传统容错控制方法都建立在先故障诊断后容错控制的观念，将健康工况和故障工况的控制设计割裂开来，而且容错控制方法的生效往往依靠故障诊断信息。这导致以下两方面问题：一方面传统容错控制方法的有效性依赖于故障诊断的性能，增加系统控制复杂程度，另一方面导致传统容错控制方法无法实现健康，故障两种工况的无缝切换，存在故障诊断延时等固有问题。以不同工况下通用控制方法为目标，如何实现无须故障诊断的被动、自动故障容错控制成为双三相电机驱动系统控制以及广泛工业应用亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，利用双三相电机驱动系统单相开路故障的自愈能力，综合考虑故障时系统自动容错，故障后系统优化，实现健康工况和故障工况下的双三相电机通用控制。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，所述控制系统包括转速控制模块，电流分配器，转矩空间电流控制模块，抗扰模块，第一电压旋转变换模块，谐波空间电流参考值生成模块，谐波空间电流控制模块，第二电压旋转变换模块，电压转换模块，电流转换模块，第一电流旋转变换模块，第二电流旋转变换模块，第一脉宽调制模块，第二脉宽调制模块，第一三相逆变器，第二三相逆变器，编码器，转速计算器，双三相电机。
进一步的，所述转速控制模块的输入为转速参考值和转速计算模块的实际转速计算值，输出为转矩参考值。
所述电流分配器的输入为转矩参考值，输出为转矩空间电流参考值。
所述转速空间电流控制模块的输入为转矩空间电流参考值，转矩空间电流实际值，输出为转矩空间控制电压。
所述抗扰模块的输入为转矩空间电流实际值，转矩空间参考电压，输出为转矩空间补偿电压。
所述第一电压旋转变换模块的输入为转矩空间参考电压和转子电角度，输出为静止坐标系下转矩空间参考电压。
所述谐波空间电流参考值生成模块的输入为转矩空间电流参考值，两套三相绕组的电流幅值比，两套三相绕组的电流相位偏移，输出为谐波空间电流参考值。
所述谐波空间电流控制模块的输入为谐波空间电流参考值，谐波空间电流实际值，输出为谐波空间参考电压。
所述第二电压旋转变换模块的输入为谐波空间参考电压和转子电角度，输出为静止坐标下的谐波空间参考电压。
所述电压转换模块的输入为静止坐标下的转矩空间参考电压和谐波空间参考电压，输出为静止坐标下两套三相绕组的参考电压分量。
所述电流转换模块的输入为六相电流采样值，输出为静止坐标系下的转矩空间电流实际值和谐波空间电流实际值。
所述第一电流旋转变换模块的输入为静止坐标系下的转矩空间电流实际值和转子电角度，输出为同步旋转坐标系下的转矩空间电流实际值。
所述第二电流旋转变换模块的输入为静止坐标系下的谐波空间电流实际值和转子电角度，输出为同步旋转坐标系下的谐波空间电流实际值。
所述第一脉宽调制模块的输入为静止坐标系下的第一套三相绕组的参考电压分量，输出为第一组脉宽调制信号。
所述第二脉宽调制模块的输入为静止坐标系下的第二套三相绕组的参考电压分量，输出为第二组脉宽调制信号。
所述第一三相逆变器的输入为第一组脉宽调制信号，输出与双三相电机第一套三相绕组相连接。
所述第二三相逆变器的输入为第二组脉宽调制信号，输出与双三相电机第二套三相绕组相连接。
所述双三相电机含有两套三相绕组，通常每套三相绕组都是星型连接，其中两个中性点相互隔离。第一套三相绕组称为ABC绕组，第二套三相绕组称为DEF绕组。
进一步的，所述控制系统的工作方法包括下述步骤：
步骤一：采集编码器测量的角度信号，获得转子电角度并利用转速计算器得到转速实际值；利用电流传感器采集电流信号并将其送入电流转换模块。
步骤二：利用第一电流旋转变换模块和第二电流旋转变换模块处理电流转换模块的输出结果获得同步旋转坐标下转矩空间和谐波空间电流实际值。
步骤三：设置转速参考值，结合步骤一的转速实际值，通过转速控制模块获得转矩参考值；将转矩参考值输入到电流分配器得到转矩空间电流参考值。
步骤四：将步骤三中转矩空间电流参考值和步骤二中的转矩空间电流实际值送入到转矩空间电流控制模块从而计算出转矩空间控制电压；利用抗扰模块计算出转矩空间补偿电压，最后将转矩空间的控制电压和补偿电压相加得到同步旋转参考坐标系下转矩空间参考电压，并送入第一电压旋转变换模块得到静止坐标下转矩空间参考电压。
步骤五：根据系统工况和优化目标合理设置两套三相绕组的电流幅值比和相位偏移，结合步骤三中的转矩空间电流参考值利用谐波空间电流参考值生成模块计算得到谐波空间电流参考值。
步骤六：将步骤二中谐波空间电流实际值和步骤五中谐波空间电流参考值输入到谐波空间电流控制模块，其计算结果经过第二电压旋转变换模块得到静止坐标下的谐波空间参考电压。
步骤七：电压转换模块处理步骤四中转矩空间参考电压和步骤六中谐波空间电压参考值得到静止坐标下ABC绕组和DEF绕组的参考电压分量。
步骤八：ABC绕组参考电压分量经过第一脉宽调制模块获得相应的功率器件驱动信号，DEF绕组参考电压分量经过第二脉宽调制模块获得相应的功率器件驱动信号；将两组驱动信号分别送入到第一逆变器和第二逆变器共同驱动双三相电机。
进一步的，所述谐波空间电流参考值生成模块，其输出结果谐波空间电流参考值由转矩空间电流参考值，两套三相绕组的电流幅值比，两套三相绕组的电流相位偏移三者决定，可以用以下公式表示：
Figure BDA0003766315410000051
Figure BDA0003766315410000052
其中，iz1_ref和iz2_ref分别为谐波空间z1轴和z2轴电流参考值；id_ref和iq_ref分别为转矩空间d轴和q轴电流参考值；k和θshift分别为两套三相绕组的电流幅值比，两套三相绕组的电流相位偏移。
进一步的，所述谐波空间电流控制模块包括第一加法器，第二加法器，第一陷波器，第二陷波器，第一PI控制器，第二PI控制器。
所述第一加法器的正向输入端连接着谐波空间z1轴电流参考值，其反向输入端连接谐波空间z1轴电流实际值，第一加法器的输出端连接着第一陷波器的输入端；第一陷波器的输出端与第一PI控制器的输入端相连接，第一PI控制器的输出端为谐波空间z1轴参考电压。
所述第二加法器的正向输入端连接着谐波空间z2轴电流参考值，其反向输入端连连接谐波空间z2轴电流实际值，第二加法器的输出端连接着第二陷波器的输入端，第二陷波器的输出端与第二PI控制器的输入端相连接，第二PI控制器的输出端为谐波空间z2轴参考电压。
进一步的，所述谐波空间电流控制模块中陷波器为了滤除故障工况下特定频率的交流分量，陷波器的中心频率为基波电频率的两倍，谐波空间电流控制模块的陷波器G(s)可以表示为：
Figure BDA0003766315410000053
其中s为拉普拉斯算子，ωc为陷波器的中心频率，ξ为陷波器的阻尼比。陷波器的中心频率应该设置为基波电频率的两倍ωc＝2ωe＝2npωn。np为电机的极对数，ωn为转速实际值。
进一步的，所述抗扰模块其特征在于利用转矩空间电流实际值和转矩空间参考电压计算出转矩空间补偿电压，增加故障情况下转矩空间的抗扰性能，考虑实施简便性，仅采用转矩空间电流实际值得到转矩空间补偿电压，公式如下：
ucomp_dq＝-(Ractive-Rs)idq
其中，ucomp_dq和idq分别为转矩空间补偿电压和转矩空间电流实际值，Rs为转矩空间定子电阻，Ractive为转矩空间有源电阻，增大其数值可以增加转矩空间抗扰能力。
进一步的，所述控制系统及工作方法适用于健康工况和故障工况，能够自动在二者之间无缝切换而且不需要故障识别和定位等诊断操作。
进一步的，所述控制系统及工作方法通过调整两套三相绕组的电流幅值比和相位偏移实现双三相电机系统故障后不同的优化目标。
本发明的有益效果：
1、本发明提出的通用控制系统及方法能够在双三相电机系统单相开路故障发生时实现自动进行容错控制且不需要故障诊断信息，实现健康工况和故障工况之间的无缝切换；
2、本发明提出的通用控制系统及方法能够通过调整两套三相绕组的电流幅值比和相位偏移实现系统故障后各种优化策略，实现最小铜耗，最大转矩等策略。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明控制系统电路示意图；
图2是本发明控制系统工作方法流程；
图3是传统控制方法未考虑故障容错实验结果图；
图4是本发明通用控制系统的实验结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，控制系统包括转速控制模块1，电流分配器2，转矩空间电流控制模块3，抗扰模块4，第一电压旋转变换模块5，谐波空间电流参考值生成模块6，谐波空间电流控制模块7，第二电压旋转变换模块8，电压转换模块9，电流转换模块14，第一电流旋转变换模块12，第二电流旋转变换模块13，第一脉宽调制模块10，第二脉宽调制模块11，第一三相逆变器15，第二三相逆变器16，编码器18，转速计算器19，双三相电机17。
转速控制模块1的输入为转速参考值和转速计算器19的实际转速计算值，输出为转矩参考值；电流分配器2的输入为转矩参考值，输出为转矩空间电流参考值；转速空间电流控制模块3的输入为转矩空间电流参考值，转矩空间电流实际值，输出为转矩空间控制电压；抗扰模块4的输入为转矩空间电流实际值，转矩空间参考电压，输出为转矩空间补偿电压。
第一电压旋转变换模块5的输入为转矩空间参考电压和转子电角度，输出为静止坐标系下转矩空间参考电压；谐波空间电流参考值生成模块6的输入为转矩空间电流参考值，两套三相绕组的电流幅值比，两套三相绕组的电流相位偏移，输出为谐波空间电流参考值。
谐波空间电流控制模块7的输入为谐波空间电流参考值，谐波空间电流实际值，输出为谐波空间参考电压，谐波空间电流控制模块7包括第一加法器，第二加法器，第一陷波器，第二陷波器，第一PI控制器，第二PI控制器。第一陷波器与第二陷波器的作用是滤除故障工况下特定频率的交流分量，第一加法器的正向输入端连接着谐波空间z1轴电流参考值，其反向输入端连接谐波空间z1轴电流实际值，第一加法器的输出端连接着第一陷波器的输入端；第一陷波器的输出端与第一PI控制器的输入端相连接，第一PI控制器的输出端为谐波空间z1轴参考电压；第二加法器的正向输入端连接着谐波空间z2轴电流参考值，其反向输入端连连接谐波空间z2轴电流实际值，第二加法器的输出端连接着第二陷波器的输入端，第二陷波器的输出端与第二PI控制器的输入端相连接，第二PI控制器的输出端为谐波空间z2轴参考电压。
第二电压旋转变换模块8的输入为谐波空间参考电压和转子电角度，输出为静止坐标下的谐波空间参考电压；电压转换模块9的输入为静止坐标下的转矩空间参考电压和谐波空间参考电压，输出为静止坐标下两套三相绕组的参考电压分量。
电流转换模块14的输入为六相电流采样值，输出为静止坐标系下的转矩空间电流实际值和谐波空间电流实际值；第一电流旋转变换模块12的输入为静止坐标系下的转矩空间电流实际值和转子电角度，输出为同步旋转坐标系下的转矩空间电流实际值；第二电流旋转变换模块13的输入为静止坐标系下的谐波空间电流实际值和转子电角度，输出为同步旋转坐标系下的谐波空间电流实际值。
第一脉宽调制模块10的输入为静止坐标系下的第一套三相绕组的参考电压分量，输出为第一组脉宽调制信号；第二脉宽调制模块11的输入为静止坐标系下的第二套三相绕组的参考电压分量，输出为第二组脉宽调制信号。
第一三相逆变器15的输入为第一组脉宽调制信号，输出与双三相电机17第一套三相绕组相连接；第二三相逆变器16的输入为第二组脉宽调制信号，输出与双三相电机17第二套三相绕组相连接。
双三相电机17含有两套三相绕组，通常每套三相绕组都是星型连接，其中两个中性点相互隔离。第一套三相绕组称为ABC绕组，第二套三相绕组称为DEF绕组。
如图2所示，一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法的工作方法，包括以下步骤：
步骤一、采集编码器18测量的角度信号，获得转子电角度θe并利用转速计算器19得到转速实际值ωn；利用电流传感器采集电流信号iA,iB,iC,iD,iE,iF并将其送入电流转换模块14,其转换过程可以表示为：
Figure BDA0003766315410000091
其中，i的下标ABCDEF代表六相静止坐标下的电流采样值，下标αβ代表静止坐标下的转矩空间分量，下标xy代表静止坐标下的谐波空间分量。
步骤二、利用第一电流旋转变换模块12和第二电流旋转变换模块13处理电流转换模块14的输出结果获得同步旋转坐标下转矩空间idq和谐波空间电流实际值iz1z2，其中从静止坐标系到同步旋转坐标系的变换过程可以表示为：
Figure BDA0003766315410000092
Figure BDA0003766315410000093
其中，θe为步骤一的转子电角度。
步骤三、设置转速参考值ωn_ref，结合步骤一的转速实际值ωn通过基于PI控制器的转速控制模块1获得转矩参考值Te_ref；将转矩参考值输入到电流分配器2得到转矩空间电流参考值idq_ref，其中一种简单方法是设置直轴电流为零，则转矩电流参考值计算过程如下：
Figure BDA0003766315410000094
其中，np为电机的极对数，ψm为转子永磁磁链，LD和LQ分别为转矩空间直轴和交轴电感。
步骤四、将步骤三中转矩空间电流参考值idq_ref和步骤二中的转矩空间电流实际值idq送入到基于PI控制器的转矩空间电流控制模块3从而计算出转矩空间控制电压udq；同时，利用抗扰模块4计算出转矩空间补偿电压ucomp_dq，最后将转矩空间的控制电压udq和补电压旋转变换模块偿电压ucomp_dq相加得到同步旋转参考坐标系下转矩空间参考电压udq_ref，并送入第一电压旋转变换模块5得到静止坐标下转矩空间参考电压uαβ_ref，其中补偿电压计算过程如下：
Figure BDA0003766315410000101
其中，ucomp_dq和idq分别为转矩空间补偿电压和转矩空间电流实际值，Rs为转矩空间定子电阻，Ractive为转矩空间有源电阻，增大其数值可以增加转矩空间抗扰能力。转矩空间参考电压可以表示为：
Figure BDA0003766315410000102
则静止坐标下转矩空间参考电压的计算过程为：
Figure BDA0003766315410000103
步骤五、根据系统工况合理设置两套三相绕组的电流幅值比k和相位偏移θshift，结合步骤三中的转矩空间电流参考值idq_ref利用谐波空间电流参考值生成模块6计算得到谐波空间电流参考值iz1z2_ref。
Figure BDA0003766315410000104
Figure BDA0003766315410000105
其中，iz1_ref和iz2_ref分别为谐波空间z1轴和z2轴电流参考值；id_ref和iq_ref分别为转矩空间d轴和q轴电流参考值。k和θshift分别为两套三相绕组的电流幅值比，两套三相绕组的电流相位偏移，一般与系统优化目标有关，本实施例中分别取k＝0和θshift＝0从而实现故障后最大转矩优化目标。
步骤六、将步骤二中谐波空间电流实际值iz1z2和步骤五中谐波空间电流参考值iz1z2_ref输入到谐波空间电流控制模块7，其输出结果uz1z2_ref经过第二电压旋转变换模块8得到静止坐标下的谐波空间参考电压uxy_ref。其中谐波空间电流控制模块7的陷波器G(s)可以表示为：
Figure BDA0003766315410000111
其中s为拉普拉斯算子，ωc为陷波器的中心频率，ξ为陷波器的阻尼比。陷波器的中心频率应该设置为基波电频率的两倍ωc＝2ωe＝2npωn,陷波器的阻尼比一般取0.707。静止坐标下的谐波空间参考电压表示为
Figure BDA0003766315410000112
步骤七、电压转换模块9处理步骤四中转矩空间参考电压uαβ_ref和步骤六中谐波空间电压uxy_ref参考值得到静止坐标下ABC绕组和DEF绕组的参考电压分量。
Figure BDA0003766315410000113
步骤八、ABC绕组参考电压分量uα1β1_ref经过第一脉宽调制模块10获得相应的功率器件驱动信号，DEF绕组参考电压分量uα2β2_ref经过第二脉宽调制模块11获得相应的功率器件驱动信号；将两组驱动信号分别送入到第一逆变器15和第二逆变器16共同驱动双三相电机17。
实验：
实验基于双三相电机永磁同步电机驱动平台，将上述一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法的实验结果进行阐述。采用的双三相永磁同步电机驱动系统参数如下表所示：
Figure BDA0003766315410000114
实验中电机转速为300rpm.图3中传统控制方法未考虑故障容错设计，当F相发生开路故障后，转矩空间dq轴电流出现交流分量，这反过来导致转矩纹波。图4采用了所提出一种适用于单相开路故障的通用控制方法。在健康工况下，转矩空间dq轴电流波形和转矩波形保持恒定，与图3控制性能类似，表明所提出的控制方法不影响健康工况下的系统控制性能。当F相开路故障发生后，转矩空间dq轴电流波形依旧保持恒定没有出现波动，所提出控制方法在不依赖故障信息下实现了转矩无纹波容错控制性能。值得注意的是，所提出的控制方法可以实现健康工况和故障工况的无缝切换，避免了传统容错控制方法中故障诊断的延时。通过图3和图4说明了本发明的一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法的有效性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，其特征在于，所述控制系统包括转速控制模块(1)，电流分配器(2)，转矩空间电流控制模块(3)，抗扰模块(4)，第一电压旋转变换模块(5)，谐波空间电流参考值生成模块(6)，谐波空间电流控制模块(7)，第二电压旋转变换模块(8)，电压转换模块(9)，电流转换模块(14)，第一电流旋转变换模块(12)，第二电流旋转变换模块(13)，第一脉宽调制模块(10)，第二脉宽调制模块(11)，第一三相逆变器(15)，第二三相逆变器(16)，编码器(18)，转速计算器(19)，双三相电机(17)。
2.根据权利要求1所述一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，其特征在于，所述转速控制模块(1)的输入为转速参考值和转速计算模块的实际转速计算值，输出为转矩参考值；
所述电流分配器(2)的输入为转矩参考值，输出为转矩空间电流参考值；
所述转速空间电流控制模块(3)的输入为转矩空间电流参考值，转矩空间电流实际值，输出为转矩空间控制电压；
所述抗扰模块(4)的输入为转矩空间电流实际值，转矩空间参考电压，输出为转矩空间补偿电压；
所述第一电压旋转变换模块(5)的输入为转矩空间参考电压和转子电角度，输出为静止坐标系下转矩空间参考电压；
所述谐波空间电流参考值生成模块(6)的输入为转矩空间电流参考值，两套三相绕组的电流幅值比，两套三相绕组的电流相位偏移，输出为谐波空间电流参考值；
所述谐波空间电流控制模块(7)的输入为谐波空间电流参考值，谐波空间电流实际值，输出为谐波空间参考电压；
所述第二电压旋转变换模块(8)的输入为谐波空间参考电压和转子电角度，输出为静止坐标下的谐波空间参考电压；
所述电压转换模块(9)的输入为静止坐标下的转矩空间参考电压和谐波空间参考电压，输出为静止坐标下两套三相绕组的参考电压分量；
所述电流转换模块(14)的输入为六相电流采样值，输出为静止坐标系下的转矩空间电流实际值和谐波空间电流实际值；
所述第一电流旋转变换模块(12)的输入为静止坐标系下的转矩空间电流实际值和转子电角度，输出为同步旋转坐标系下的转矩空间电流实际值；
所述第二电流旋转变换模块(13)的输入为静止坐标系下的谐波空间电流实际值和转子电角度，输出为同步旋转坐标系下的谐波空间电流实际值；
所述第一脉宽调制模块(10)的输入为静止坐标系下的第一套三相绕组的参考电压分量，输出为第一组脉宽调制信号；
所述第二脉宽调制模块(11)的输入为静止坐标系下的第二套三相绕组的参考电压分量，输出为第二组脉宽调制信号；
所述第一三相逆变器(15)的输入为第一组脉宽调制信号，输出与双三相电机(17)第一套三相绕组相连接；
所述第二三相逆变器(16)的输入为第二组脉宽调制信号，输出与双三相电机(17)第二套三相绕组相连接；
所述双三相电机(17)含有两套三相绕组，通常每套三相绕组都是星型连接，其中两个中性点相互隔离。第一套三相绕组称为ABC绕组，第二套三相绕组称为DEF绕组。
3.根据权利要求2所述一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，其特征在于，所述控制系统的工作方法包括下述步骤：
步骤一：采集编码器(18)测量的角度信号，获得转子电角度并利用转速计算器(19)得到转速实际值；利用电流传感器采集电流信号并将其送入电流转换模块(14)；
步骤二：利用第一电流旋转变换模块(12)和第二电流旋转变换模块(13)处理电流转换模块(14)的输出结果获得同步旋转坐标下转矩空间和谐波空间电流实际值；
步骤三：设置转速参考值，结合步骤一的转速实际值，通过转速控制模块(1)获得转矩参考值；将转矩参考值输入到电流分配器(2)得到转矩空间电流参考值；
步骤四：将步骤三中转矩空间电流参考值和步骤二中的转矩空间电流实际值送入到转矩空间电流控制模块(3)从而计算出转矩空间控制电压；利用抗扰模块(4)计算出转矩空间补偿电压，最后将转矩空间的控制电压和补偿电压相加得到同步旋转参考坐标系下转矩空间参考电压，并送入第一电压旋转变换模块(5)得到静止坐标下转矩空间参考电压；
步骤五：根据系统工况和优化目标合理设置两套三相绕组的电流幅值比和相位偏移，结合步骤三中的转矩空间电流参考值利用谐波空间电流参考值生成模块(6)计算得到谐波空间电流参考值；
步骤六：将步骤二中谐波空间电流实际值和步骤五中谐波空间电流参考值输入到谐波空间电流控制模块(7)，其计算结果经过第二电压旋转变换模块(8)得到静止坐标下的谐波空间参考电压；
步骤七：电压转换模块(9)处理步骤四中转矩空间参考电压和步骤六中谐波空间电压参考值得到静止坐标下ABC绕组和DEF绕组的参考电压分量；
步骤八：ABC绕组参考电压分量经过第一脉宽调制模块(10)获得相应的功率器件驱动信号，DEF绕组参考电压分量经过第二脉宽调制模块(11)获得相应的功率器件驱动信号；将两组驱动信号分别送入到第一逆变器(15)和第二逆变器(16)共同驱动双三相电机(17)。
4.根据权利要求3所述一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，其特征在于，所述谐波空间电流参考值生成模块(6)，其输出结果谐波空间电流参考值由转矩空间电流参考值，两套三相绕组的电流幅值比，两套三相绕组的电流相位偏移三者决定，可以用以下公式表示：
Figure FDA0003766315400000041
Figure FDA0003766315400000042
其中，iz1_ref和iz2_ref分别为谐波空间z1轴和z2轴电流参考值；id_ref和iq_ref分别为转矩空间d轴和q轴电流参考值；k和θshift分别为两套三相绕组的电流幅值比，两套三相绕组的电流相位偏移。
5.根据权利要求4所述一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，其特征在于，所述谐波空间电流控制模块(7)包括第一加法器，第二加法器，第一陷波器，第二陷波器，第一PI控制器，第二PI控制器；
所述第一加法器的正向输入端连接着谐波空间z1轴电流参考值，其反向输入端连接谐波空间z1轴电流实际值，第一加法器的输出端连接着第一陷波器的输入端；第一陷波器的输出端与第一PI控制器的输入端相连接，第一PI控制器的输出端为谐波空间z1轴参考电压；
所述第二加法器的正向输入端连接着谐波空间z2轴电流参考值，其反向输入端连连接谐波空间z2轴电流实际值，第二加法器的输出端连接着第二陷波器的输入端，第二陷波器的输出端与第二PI控制器的输入端相连接，第二PI控制器的输出端为谐波空间z2轴参考电压。
6.根据权利要求5所述一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，其特征在于，所述谐波空间电流控制模块(7)中陷波器为了滤除故障工况下特定频率的交流分量，陷波器的中心频率为基波电频率的两倍，谐波空间电流控制模块(7)的陷波器G(s)可以表示为：
Figure FDA0003766315400000043
其中s为拉普拉斯算子，ωc为陷波器的中心频率，ξ为陷波器的阻尼比。陷波器的中心频率应该设置为基波电频率的两倍ωc＝2ωe＝2npωn。np为电机的极对数，ωn为转速实际值。
7.根据权利要求6所述一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，其特征在于，所述抗扰模块(4)其特征在于利用转矩空间电流实际值和转矩空间参考电压计算出转矩空间补偿电压，增加故障情况下转矩空间的抗扰性能，考虑实施简便性，仅采用转矩空间电流实际值得到转矩空间补偿电压，公式如下：
ucomp_dq＝-(Ractive-Rs)idq
其中，ucomp_dq和idq分别为转矩空间补偿电压和转矩空间电流实际值，Rs为转矩空间定子电阻，Ractive为转矩空间有源电阻，增大其数值可以增加转矩空间抗扰能力。
8.根据权利要求7所述一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，其特征在于，所述控制系统及工作方法适用于健康工况和故障工况，能够自动在二者之间无缝切换而且不需要故障识别和定位等诊断操作。
9.根据权利要求8所述一种用于单相开路故障的双三相电机控制系统及其方法，其特征在于，所述控制系统及工作方法通过调整两套三相绕组的电流幅值比和相位偏移实现双三相电机(17)系统故障后不同的优化目标。
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CN115864942A (zh) * 2023-02-20 2023-03-28 四川大学 一种双三相电机与开绕组电机在线切换拓扑及其控制方法

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