一种五相永磁同步电机开路故障下的容错控制系统及方法

专利主权项内容

1.一种五相永磁同步电机开路故障下的容错控制方法，其特征在于：所述一种五相永磁同步电机开路故障下的容错控制方法的控制系统，包括转速PI控制器、电流重构模块、价值函数优化模块、占空比控制模块、逆变器、电流传感器、单相开路故障的五相永磁同步电机、编码器、基本电压矢量作用时间计算模块和电流预测模块；转速参考值和经编码器反馈得到的实际转速相比较，其转速差值输入至转速PI控制器；转速PI控制器输出基波空间交轴电流参考值，并输入给电流重构模块，重构后的相电流经过拓展Clark变换得到基波空间两相静止电流参考值；电流重构模块的输出和电流预测模块的输出同时输送至价值函数优化模块；价值函数优化模块输出最优基本电压矢量及其作用时间至占空比控制模块；占空比控制模块输出占空比信号至逆变器；逆变器输出最优电压至单相开路故障下的五相永磁同步电机；电流传感器采集到的四相电流输送给基本电压矢量作用时间计算模块；基本电压矢量作用时间计算模块和电流传感器二者的输出送至电流预测模块；所述一种五相永磁同步电机开路故障下的容错控制方法，包括以下步骤：步骤一：当单相绕组发生开路故障后，转速控制器获得基波空间中的交轴电流参考值，电流重构模块将重构后的相电流通过拓展Clark变换，得到基波空间两相静止电流参考值；步骤二：利用电流参考值和电流预测值建立价值函数；步骤三：通过优化价值函数获得最优基本电压矢量及其作用时间，并经占空比控制和逆变器作用，输出最优电压给单相开路故障的五相永磁同步电机；所述步骤一中：计算基波空间交轴电流参考值i：检测电机实际转速n，将转速参考值n与实际转速n的差值e输入转速PI控制器，根据公式(1)获得基波空间交轴电流参考值i；q1**nq1*其中，K和K分别为转速PI控制器的比例增益和积分增益；PI计算重构相电流i’、i’、i’和i’：采集实时转子位置θ，为能够保证五相永磁同步电机发生单相开路故障后合成磁动势不变，将基波空间中的交、直轴电流参考i和i根据公式(2)进行电流重构；BCDErq1*d1*其中，i利用最大转矩电流方法比获得，P为极对数；d1*r计算基波空间两相静止电流参考值i和i：将重构后的相电流通过拓展Clark变换公式(3)，得到基波空间中的两相静止电流参考值i和i；α*β*α*β*其中，δ＝2π/5；所述步骤二中：计算k时刻基波空间和3次谐波空间的两相静止电流i(k)/i(k)和i(k)/i(k)：根据公式(4)，由四相非故障电流i(k)、i(k)、i(k)和i(k)，得到k时刻基波空间中的两相静止电流i(k)/i(k)和3次谐波空间中的两相静止电流i(k)/i(k)；αβxyBCDEαβxy计算基本电压矢量作用时间t：根据公式(5)，由简化电压集中的非零基本电压矢量u、非零谐波电压矢量v、k时刻基波空间和3次谐波空间中的两相静止电流i(k)/i(k)和i(k)/i(k)，得到基本电压矢量的作用时间t，而一个采样周期T中的剩余时间(T-t)则由零矢量作用；iiiαβxyissi其中，T表示采样时间，R为定子绕组每相电阻，L为定子绕组同步电感，e(k-1)/e(k-1)为(k-1)时刻基波空间中空载反电动势的αβ分量，e(k-1)为(k-1)时刻3次谐波空间中空载反电动势的y轴分量，u(k)/u(k)为k时刻基波空间中非零基本电压矢量u的αβ分量，v(k)为k时刻3次谐波空间中非零谐波电压矢量v的y轴分量，i＝{1, …, 8}；sssαβyiαiβiiyi计算(k+1)刻基波空间两相静止电流预测值i(k+1)/i(k+1)和3次谐波空间中电流矢量y轴分量预测值i(k+1)：将k时刻基波空间中的两相静止电流i(k)/i(k)和3次谐波空间的电流矢量y轴分量i(k)、基本电压矢量u及其作用时间t、谐波电压矢量v，输入电流预测模块，根据公式(6)和公式(7)分别计算(k+1)刻基波空间两相静止电流预测值和谐波空间中的电流矢量y轴分量预测值αβyαβyiii建立价值函数：根据公式(8)得到基波空间中电流矢量参考值β轴分量i与3次谐波空间中电流矢量参考值y轴分量i之间的关系；将(k+1)时刻基波空间和3次谐波空间中的电流参考值及其预测值输入价值函数优化模块，根据公式(9)计算价值函数g；β*y*i所述步骤三中：最优电压矢量及其作用时间选择：在价值函数g中依次代入基本电压矢量u及其作用时间t和谐波电压矢量v，当价值函数g取得最小值时，其对应基波空间中基本电压矢量确定为最优电压矢量u，该电压矢量的作用时间即为最优时间t；每个周期内，剩余的时间T-t则由零矢量作用；iiiiioptoptsopt占空比控制：当最优基本电压矢量及其时间确定后，占空比控制模块设计对称式占空比信号并输送至逆变器，逆变器输出最优电压给单相开路故障下的五相永磁同步电机；所述步骤二中：若以A相绕组发生开路故障为例，其中的简化电压集，由以下10组开关状态产生：0000、0001、0011、0110、0111、1000、1001、1100、1110和1111；其中，“1”表示上桥臂开通下桥臂关断，“0”表示下桥臂开通上桥臂关断，0000和1111两组产生零电压矢量，其他8组产生非零电压矢量；上述开关状态在基波空间和3次谐波空间产生的基本电压矢量和谐波电压矢量分别如表1和表2所示，表中U为母线电压；dc表1基波空间基本电压矢量表表2 3次谐波空间谐波电压矢量表
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