串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法，具体应用于单逆变器供电六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统，目的是利用剩余的5相逆变桥实现该种双电机串联驱动系统出现输入侧缺一相情况下两台电机瞬时电磁转矩解耦控制，以提高该种串联驱动系统的可靠性。

Series fault tolerant direct torque control method for series motor drive system

The present invention relates to a drive system input a compatible direct torque control method of series motor fault type, applied to single inverter fed six phase permanent-magnet synchronous motor series three-phase permanent magnet synchronous motor drive system is designed to achieve the double electric machine drive system series input side control two motors instantaneous torque decoupling. A case of using the remaining 5 phase inverter bridge, in order to improve the reliability of the drive system in series.

【技术实现步骤摘要】
串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法
本专利技术涉及一种单逆变器供电六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法。
技术介绍
随着宇航推进系统、全舰电力推动、电力机车牵引、电动/混合燃料汽车驱动等关键领域的高速发展，其对传动系统的重量和体积有着更加苛刻的要求，轻量化、高功率密度、低成本的电力驱动系统将是一个重要的发展方向。单逆变器供电多台电机组成的串联驱动系统是一个重要的研究方向，与逆变器-电机一对一供电的三相驱动系统相比，优点是：逆变器桥臂的数量减少了；通过一套DSP控制平台就能将所有串联电机进行解耦控制。单逆变器供电六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统是多台电机串联驱动系统中的典型，该驱动系统利用六相电机电空间互差180度的两绕组电流相位相反特性，将六相电机电空间互差180度的两绕组尾端并联后再与三相电机中一相绕组串联，从而实现三相电机控制与六相电机控制之间的电磁转矩解耦。由于采用了单台逆变器供电，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本；另外，由于采用永磁体激磁，两台电机运行效率高。为了进一步提高上述串联驱动系统的可靠性，希望六相电机一相绕组断路或逆变桥一个桥臂故障情况下，仍然能够利用剩余的5个逆变桥臂实现两台电机之间的电磁转矩解耦控制。无论六相电机一相绕组断路或逆变桥一个桥臂故障，六相电机只有五相绕组工作，与故障桥臂相连接的绕组或断路绕组缺失了，与缺失相绕组电空间对称的相绕组中流过的电流与对应三相绕组电流完全相同。对于缺失一相的六相电机而言，与缺失相绕组电空间对称的相绕组不可控；而且，其他在电空间对称的两个绕组中电流不再保持反相关系，这样破坏了两台电机之间的电磁转矩解耦。如何实现单逆变器缺失一相的六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统之间的电磁转矩解耦控制是必须解决的科学问题。为此，本专利技术专利提出单逆变器供电六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统缺一相容错型直接转矩控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种单逆变器供电六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法，目的是利用剩余的5相逆变桥实现该种双电机串联驱动系统出现输入侧缺一相情况下两台电机瞬时电磁转矩解耦控制，以提高该种串联驱动系统的可靠性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法，具体应用于单逆变器供电六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统，该方法包括如下步骤，S1：利用T6正交变换矩阵，将包括缺失相的六个输入电流isA～isF变换为αβ坐标中iαiβ及xy坐标系中ixiy：其中，io1、io2为两个零序电流；由于六相电机缺失一相，且三相绕组具有中心点，所有串联的两台电机驱动系统只有4个自由度可控制，由于需要对两台电机的定子磁链、电磁转矩进行闭环控制，占用了4个自由度，所以两个零序轴系上变量是不受控制的；S2：利用公式(2)、iαiβ、六相电机转子磁链ψf1及六相电机转子位置角θr1计算出αβ平面六相电机定子磁链ψsαψsβ；Lsm1＝0.5(Ldm1+Lqm1)，Lrs1＝0.5(Ldm1-Lqm1)，Ldm1、Lqm1分别为六相电机相绕组主磁路的直、交轴电感，Lsσ1为六相电机相绕组漏电感；利用公式(3)、ixiy、三相电机转子磁链ψf2及三相电机转子位置角θr2计算出xy平面三相电机定子磁链ψsxψsy：Lsm2＝0.5(Ldm2+Lqm2)，Lrs2＝0.5(Ldm2-Lqm2)，Ldm2、Lqm2分别为三相电机相绕组主磁路的直、交轴电感，Lsσ2为三相电机相绕组漏电感；S3：判断αβ平面六相电机定子磁链ψsαψsβ矢量所处αβ平面扇区编号θ1si；判断xy平面三相电机定子磁链ψsxψsy矢量所处xy平面扇区编号θ2si；S4：根据αβ平面六相电机定子磁链ψsαψsβ及定子磁链幅值给定经六相电机磁链滞环比较器，输出控制αβ平面六相电机定子磁链幅值的变量φe1：根据xy平面三相电机定子磁链ψsxψsy及定子磁链幅值给定经三相电机磁链滞环比较器，输出控制xy平面三相电机定子磁链幅值的变量φe2：S5：利用公式(4)、iαiβ及ψsαψsβ计算六相电机电磁转矩Te1；Te1＝p1(ψsαiβ-ψsβiα)(4)其中，p1为六相电机磁极对数；利用公式(5)、ixiy及ψsxψsy计算三相电机电磁转矩Te2；Te2＝p2(ψsxiy-ψsyix)(5)其中，p2为三相电机磁极对数；S6：将六相电机电磁转矩Te1及其给定值送给六相电机转矩滞环比较器，输出控制六相电机电磁转矩变量τe1，其中，εm1为六相电机转矩滞环环宽，其值可以根据实际六相电机转矩控制误差需要设置；将三相电机电磁转矩Te2及其给定值送给三相电机转矩滞环比较器，输出控制三相电机电磁转矩变量τe2，其中，εm2为三相电机转矩滞环环宽，其值可以根据实际三相电机转矩控制误差需要设置；S7：将τe1、φe1、θ1si、τe2、φe2、θ2si同时送给最优开关矢量表，获得一组剩余健康5相逆变桥最优开关组合，通过逆变器作用于缺失一相输入的六相串联三相永磁同步电机驱动系统，实现两台电机定子磁链幅值误差及电磁转矩误差为0控制目标。在本专利技术一实施例中，所述步骤S6中，六相电机电磁转矩给定值和三相电机电磁转矩给定值视具体两台电机控制变量而定，具体的：若控制的是电磁转矩，则系统直接给定；若控制的是转速，则两台电机速度控制器分别输出转矩给定和若控制的是转子位置角，则两台电机位置控制器输出即为转矩给定和在本专利技术一实施例中，所述步骤S2中，αβ平面六相电机定子磁链ψsαψsβ和xy平面三相电机定子磁链ψsxψsy也能够利用定子磁链的电压模型进行计算，利用电压模型的定子磁链典型计算如下：步骤S21：利用T6正交变换矩阵，将包括缺失相的六个输入电压uAO～uFO变换为αβ坐标中usαusβ及xy坐标系中usxusy：其中，uso1、uso2为两个零序电压；步骤S22：根据公式(6)、iαiβ计算出αβ平面六相电机定子磁链ψsαψsβ；αβ平面六相电机定子磁链ψsαψsβ：其中，Rs1为六相电机相绕组电阻；根据公式(7)、ixiy计算出xy平面三相电机定子磁链ψsxψsy；xy平面三相电机定子磁链ψsxψsy：其中，Rs2为三相电机相绕组电阻。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的单逆变器供电六相串联三相永磁同步电机缺一相容错型直接转矩控制方法，解决了偏置60度六相对称绕组永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统在输入缺失一相情况下两台电机继续解耦不间断运行的难题，该控制方法具有如下优点：1)考虑缺失相绕组对两台电机数学模型的贡献，将包括缺失相的两台电机定子磁链控制成圆形，很好地实现了两台电机电磁转矩的解耦控制；2)永磁同步电机采用凸极效应可以产生磁阻转矩，从而增强电机的负载能力，而本专利技术控制策略考虑了电机凸极现象，所以当本专利技术控制对象为凸极式永磁同步电机时，可以有效增强驱动系统输出转矩能力；3)采用本专利技术后，串联驱动系统可以由绕组正常无故障情况快速过渡至缺一相容错运行状态，提高了串联双电机驱动直接转矩控制系统绕组断路或逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法，其特征在于：具体应用于单逆变器供电六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统，该方法包括如下步骤，S1：利用T

【技术特征摘要】
1.一种串联电机驱动系统输入缺一相容错型直接转矩控制方法，其特征在于：具体应用于单逆变器供电六相永磁同步电机串联三相永磁同步电机驱动系统，该方法包括如下步骤，S1：利用T6正交变换矩阵，将包括缺失相的六个输入电流isA～isF变换为αβ坐标中iαiβ及xy坐标系中ixiy：其中，io1、io2为两个零序电流；由于六相电机缺失一相，且三相绕组具有中心点，所有串联的两台电机驱动系统只有4个自由度可控制，由于需要对两台电机的定子磁链、电磁转矩进行闭环控制，占用了4个自由度，所以两个零序轴系上变量是不受控制的；S2：利用公式(2)、iαiβ、六相电机转子磁链ψf1及六相电机转子位置角θr1计算出αβ平面六相电机定子磁链ψsαψsβ；Lsm1＝0.5(Ldm1+Lqm1)，Lrs1＝0.5(Ldm1-Lqm1)，Ldm1、Lqm1分别为六相电机相绕组主磁路的直、交轴电感，Lsσ1为六相电机相绕组漏电感；利用公式(3)、ixiy、三相电机转子磁链ψf2及三相电机转子位置角θr2计算出xy平面三相电机定子磁链ψsxψsy：Lsm2＝0.5(Ldm2+Lqm2)，Lrs2＝0.5(Ldm2-Lqm2)，Ldm2、Lqm2分别为三相电机相绕组主磁路的直、交轴电感，Lsσ2为三相电机相绕组漏电感；S3：判断αβ平面六相电机定子磁链ψsαψsβ矢量所处αβ平面扇区编号θ1si；判断xy平面三相电机定子磁链ψsxψsy矢量所处xy平面扇区编号θ2si；S4：根据αβ平面六相电机定子磁链ψsαψsβ及定子磁链幅值给定经六相电机磁链滞环比较器，输出控制αβ平面六相电机定子磁链幅值的变量φe1：根据xy平面三相电机定子磁链ψsxψsy及定子磁链幅值给定经三相电机磁链滞环比较器，输出控制xy平面三相电机定子磁链幅值的变量φe2：S5：利用公式(4)、iαiβ及ψsαψsβ计算六相电机电磁转矩Te1；Te1＝p1(ψsαiβ-ψsβiα)(4)其中，p1为六相电机磁极对数；利用公式(5)、ixiy及ψsxψsy计...

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，黄志坡，闫震，王祖靖，钟天云，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35