一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法，使轴向磁场磁通切换永磁电机发生单相断路时能够运行在容错状态。根据相电流判断故障状态，当正常运行时，轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制系统采用id＝0控制策略，分配d轴、q轴电流。当发生单相断路故障时，继续保持id＝0，进行容错控制，协调分配d轴、q轴电流，使电机运行在容错状态。一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁容错电机控制系统在单相断路情况下使电机从故障状态切换至容错运行状态，可以有效地减小故障给电机运行带来的影响，从而提高了电机驱动系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法
本专利技术属于电气传动
，涉及一种容错控制方法，特别是涉及一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法。
技术介绍
随着能源危机和环境污染的日益加重，电动汽车成为未来汽车可持续发展的必然趋势。电动汽车既承载着向可持续发展转型的重任，同时又肩负着向人们展示激情与形象的使命。目前，电动汽车采用的电机主要有三相异步电机、开关磁阻电机和永磁同步电机，其中永磁同步电机由于体积小、功率密度高、效率高、功率因数高等优点使它具有更高的应用优势。近年来，越来越多的科研单位和企业正在逐渐加快永磁同步电机的研究与应用。轴向磁场磁通切换永磁(axialfieldflux-switchingpermanentmagnet，AFFSPM)电机是一种新型的定子永磁型磁通切换电机，它将磁通切换理念和轴向磁场电机有效地结合起来，如图1所示。所以AFFSPM电机结合了永磁同步电机和磁通切换电机特点，一方面具有结构简单、体积小、控制灵活等优点；一方面具有高效率、高功率密度等优点。此外，由于该电机永磁体位于定子并具有独特的聚磁效应，因此可以用相对较少的永磁材料获得较高的气隙磁密，转子既无绕组也无永磁体，结构简单，轴向长度短，所以非常适合用作电动汽车轮毂电机。电动汽车运行坏境恶劣，功率变换器是轴向磁场磁通切换永磁电机驱动中最容易发生故障的薄弱环节。控制器逆变桥最容易发生单相断路故障，目前，对于轴向磁场磁通切换永磁电机驱动系统容错控制研究较少，未见相相关文献与报道，由于其应用场合的特殊性，安全性与可靠性问题尤为重要，容错控制成为研究重点，容错控制的实现包括故障检测、识别与隔离三个步骤。故障检测与识别系统成为故障诊断，是容错控制的基础和关键。功率半导体器件及其控制驱动电路时电机系统中最容易发生故障的薄弱环节。其中功率变换器故障占整个驱动系统故障的82.5％。功率变换器通常由功率管开路或短路引起，故障后电机工作性能下降，甚至丧失工作能力。
技术实现思路
技术问题：本专利技术针对现有技术之不足，在分析轴向磁场磁通切换永磁电机的基础上，提出了一种能够准确检测电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机功率变换器故障状态，使其运行在容错状态，并大大提高电动汽车在功率变换器故障状态下安全性能的电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法。技术方案：本专利技术的轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法，包括以下步骤：(1)从电机主电路采集相电流ia、ib、ic、ie、if、ig，对电机进行准确初始位置检测，从电机编码器上采集信号，送入控制器进行处理，得出转速n和转子位置角θ；(2)将采集的相电流ia、ib、ic、ie、if、ig经跟随、滤波、偏置和A/D转换，然后进行帕克变换，得到两相旋转坐标系下的第一定子的d轴电流id和第二定子的d轴电流i′d、第一定子的q轴电流iq和第二定子的q轴电流i′q；(3)用给定转速n*减去编码器实测转速n，后得到转速偏差△n，将所述转速偏差△n输入速度调节器经比例积分运算后得到转矩参考值将转矩参考值母线电压Udc、第一定子的d轴电流id和第二定子的d轴电流i′d、第一定子的q轴电流iq和第二定子的q轴电流i′q、编码器实测转速n和给定转速n*输入电流分配器，根据给定相电流与采集到的相电流的差值判断故障状态，即给定相电流为实测相电流为ik(k＝a,b,c,e,f,g)，则二者差值为当连续两个检测周期内，△εk同号，则说明有故障发生，当轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统状态正常时，进入步骤4)，当轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统发生故障时，进入步骤5)；(4)采用id＝0控制策略，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：其中，idref为第一定子的d轴电流参考值，i′dref为第二定子的d轴电流参考值，iqref为第一定子的q轴电流参考值，i′qref为第二定子的q轴电流参考值；Im为相电流幅值，θ为相位角；(5)继续保持id＝0，进行容错控制，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：(6)用电流分配器所产生的第一定子的d轴电流参考值idref减去步骤(2)中的第一定子的d轴电流id可得电流偏差△id，用第二定子的d轴电流参考值i′dref减去步骤(2)中的第二定子的d轴电流i′d可得电流偏差△i′d，用第一定子的q轴电流参考值iqref减去步骤(2)中的第一定子的q轴电流iq可得电流偏差△iq，用第二定子的q轴电流参考值i′qref减去步骤(2)中的第二定子的q轴电流i′q可得电流偏差△i′q，将第一定子的d轴电流偏差△id和第二定子的d轴电流偏差△i′d分别输入d轴电流调节器进行比例积分运算，得到第一定子的d轴电压ud和和第二定子的d轴电压u′d，将第一定子的q轴电流偏差△iq和第二定子的q轴电流偏差△i′q分别输入q轴电流调节器进行比例积分运算，得到第一定子的q轴电压uq和第二定子的q轴电压u′q，然后对所述第一定子的d轴电压ud、第二定子的d轴电压u′d和第一定子的q轴电压uq、第二定子的q轴电压u′q共同进行旋转正交-静止两相变换后，得到静止两相坐标系下第一定子的α轴电压uα、第二定子的α轴电压u′α和第一定子的β轴电压uβ、第二定子的β轴电压u′β，将所述α轴电压uα、u′α和β轴电压uβ、u′β分别输入脉冲宽度调制模块，运算输出12路脉冲宽度调制信号，驱动主功率变换器。本专利技术方法的一种优选方案中，步骤6)中的脉冲宽度调制模块为空间矢量脉冲宽度调制模块。本专利技术方法的一种优选方案中，根据给定相电流与采集到的相电流的差值判断故障状态，即给定相电流为实测相电流为ik，则二者差值为其中k为相数，k＝a,b,c,e,f,g，当连续两个检测周期内，△εk同号，则判断电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机有故障发生，否则判断电机状态正常。本专利技术方法针对电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机，提出了一种用于该电机的容错控制策略，即电流分配算法，可以保证电机在发生单相短路的情况下容错运行，提高了系统的稳定性。有益效果：电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统功率变换器及其驱动电路作为系统的中枢执行机构，是系统中最容易出现的故障的薄弱环节，功率变换器故障将破坏驱动系统运行的平衡状态，产生无法抑制的转矩缺口甚至制动转矩，长期故障运行将会给电动汽车及人身安全带来损害，本专利技术通过步骤4)和步骤5)的轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制系统，能够准确检测故障状态，使得轴向磁场磁通切换永磁电机能够运行在容错状态，所以本专利技术具有以下优点：(1)该容错系统能够准确检测电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机功率变换器故障状态；(2)该控制系统能够使电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机运行在容错状态；(3)该控制系统能够大大提高电动汽车在功率变换器故障状态下的安全性能。附图说明图1为AFFSPM电机拓扑结构；图2为AFFSPM电机容错运行框图；图3是本专利技术方法的逻辑流程框图；图4是本专利技术方法的系统框图；图5是实现本专利技术方法的结构框图；图6是AFFSPM电机控制系统发生故障时转速波形；图7是AFFSPM电机控制系统容错运行时转速波形。具体实施方式下面结合实施例和说明书附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术是针对一种电动汽车用轴向磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)从电机主电路采集相电流ia、ib、ic、ie、if、ig，对电机进行初始位置检测，从电机编码器上采集信号，送入控制器进行处理，得出转速n和转子位置角θ；(2)将采集的相电流ia、ib、ic、ie、if、ig经跟随、滤波、偏置和A/D转换，然后进行帕克变换，得到两相旋转坐标系下的第一定子的d轴电流id和第二定子的d轴电流i′d、第一定子的q轴电流iq和第二定子的q轴电流i′q；(3)用给定转速n*减去编码器实测转速n，得到的转速偏差Δn输入速度调节器，经比例积分运算后得到转矩参考值将转矩参考值母线电压Udc、第一定子的d轴电压ud和第二定子的d轴电压u′d、第一定子的q轴电压uq和第二定子的q轴电压u′q、编码器实测转速n和给定转速n*输入电流分配器，根据电流判断故障状态，当轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统状态正常时，进入步骤4)，当轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统发生故障时，进入步骤5)；(4)采用id＝0控制策略，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：idref=0iqref=-23[Imcosθsinθ+Imcos(θ-23π)sin(θ-2π3)+Imcos(θ+23π)sin(θ+2π3)]idref′=0iqref′=-23[Imcosθsinθ+Imcos(θ-23π)sin(θ-2π3)+Imcos(θ+23π)sin(θ+2π3)]]]>其中，idref为第一定子的d轴电流参考值，i′dref为第二定子的d轴电流参考值，iqref为第一定子的q轴电流参考值，i′qref为第二定子的q轴电流参考值；Im为相电流幅值，θ为相位角；(5)继续保持id＝0，进行容错控制，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：id=0iq=-263Im[cos(θ-4π/5)sin(θ-4π5)+cos(θ+4π/5)sin(θ+4π5)]id′=0iq′=-13Im[(5-6)cosθsinθ+6cos(θ-4π/5)sin(θ-4π5)+6cos(θ+4π/5)sin(θ+4π5)]]]>(6)用电流分配器所产生的第一定子的d轴电流参考值idref减去步骤(2)中的第一定子的d轴电流id得到电流偏差Δid，用第二定子的d轴电流参考值i′dref减去步骤(2)中的第二定子的d轴电流i′d得到电流偏差Δi′d，用第一定子的q轴电流参考值iqref减去步骤(2)中的第一定子的q轴电流iq得到电流偏差Δiq，用第二定子的q轴电流参考值i′qref减去步骤(2)中的第二定子的q轴电流i′q得到电流偏差Δi′q，将第一定子的d轴电流偏差Δid和第二定子的d轴电流偏差Δi′d分别输入d轴电流调节器进行比例积分运算，得到第一定子的d轴电压ud和和第二定子的d轴电压u′d，将第一定子的q轴电流偏差Δiq和第二定子的q轴电流偏差Δi′q分别输入q轴电流调节器进行比例积分运算，得到第一定子的q轴电压uq和第二定子的q轴电压u′q，然后对所述第一定子的d轴电压ud、第二定子的d轴电压u′d和第一定子的q轴电压uq、第二定子的q轴电压u′q共同进行旋转正交‑静止两相变换后，得到静止两相坐标系下第一定子的α轴电压uα、第二定子的α轴电压u′α和第一定子的β轴电压uβ、第二定子的β轴电压u′β，将所述α轴电压uα、u′α和β轴电压uβ、u′β分别输入脉冲宽度调制模块，运算输出12路脉冲宽度调制信号，驱动主功率变换器。...

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车用轴向磁场磁通切换永磁电机容错控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)从电机主电路采集相电流ia、ib、ic、ie、if、ig，对电机进行初始位置检测，从电机编码器上采集信号，送入控制器进行处理，得出转速n和转子位置角θ；(2)将采集的相电流ia、ib、ic、ie、if、ig经跟随、滤波、偏置和A/D转换，然后进行帕克变换，得到两相旋转坐标系下的第一定子的d轴电流id和第二定子的d轴电流i′d、第一定子的q轴电流iq和第二定子的q轴电流i′q；(3)用给定转速n*减去编码器实测转速n，得到的转速偏差△n输入速度调节器，经比例积分运算后得到转矩参考值Te*，将转矩参考值Te*、母线电压Udc、第一定子的d轴电流id和第二定子的d轴电流i′d、第一定子的q轴电流iq和第二定子的q轴电流i′q、编码器实测转速n和给定转速n*输入电流分配器，根据电流判断故障状态，当轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统状态正常时，进入步骤4)，当轴向磁场磁通切换永磁电机控制系统发生故障时，进入步骤5)；(4)采用id＝0控制策略，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：其中，idref为第一定子的d轴电流参考值，i′dref为第二定子的d轴电流参考值，iqref为第一定子的q轴电流参考值，i′qref为第二定子的q轴电流参考值；Im为相电流幅值，θ为相位角；(5)继续保持id＝0，进行容错控制，电流分配器按照如下电流分配方案输出电流：

【专利技术属性】
技术研发人员：林明耀，赵纪龙，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32