基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法技术

基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法。在定子铜耗最小方式的容错控制方法下各相电流幅值严重不平衡，因此定子铜耗最小方式无法保证最大转矩输出。本发明专利技术组成包括：（1）将n相电机看做一个整体，将电机中的各个变量分成参与机电能量转换的α‑β平面中以及与机电能量转换无关的其它平面中建立十二相永磁同步电机的模型；（2）根据总磁势不变原则，保持系统解耦变换阵不变，得到十二相电机缺相运行时最大转矩输出方式下剩余各相电流的表达式；（3）将各相电流表达式进行静止坐标变换之后就可以计算出相应的谐波子平面需要注入电流的大小。本发明专利技术用于基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法。

【技术实现步骤摘要】
基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法
：本专利技术涉及电机控制领域，具体涉及一种基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法。
技术介绍
：随着电机驱动系统在军事、工业等领域应用的不断拓展，对于飞行器、电动汽车等一些可靠性要求较高的场合，稳定可靠的电机驱动系统尤为重要。通过容错控制来达到系统要求，提高系统可靠性，减少或避免因故障造成的损失成为了保证系统可靠性的关键。因此，永磁电机的高可靠性容错控制方法受到了广泛的关注，适于容错运行是多相电机的重要应用特点，电机驱动系统中的各种开路和短路故障都可以通过硬件隔离等措施转化为电机的缺相故障。因此，目前多相电机的容错控制策略主要集中于缺相运行研究。在定子铜耗最小方式的容错控制方法下各相电流幅值严重不平衡，因此定子铜耗最小方式无法保证最大转矩输出，所以本专利技术提出了一种新的十二相永磁同步电机容错控制方法，提高了系统的可靠性和容错性并保证了电机输出最大转矩。
技术实现思路
：本专利技术的目的是解决定子铜耗最小方式的容错控制方法下各相电流幅值严重不平衡，无法保证最大转矩输出的问题，提供一种提高系统的可靠性和容错性并保证了电机输出最大转矩的基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，其特征是：该方法包括如下步骤：（1）将n相电机看做一个整体，将电机中的各个变量分成参与机电能量转换的α-β平面中以及与机电能量转换无关的其它平面中建立十二相永磁同步电机的模型；（2）根据总磁势不变原则，保持系统解耦变换阵不变，得到十二相电机缺相运行时最大转矩输出方式下剩余各相电流的表达式；（3）将各相电流表达式进行静止坐标变换之后就可以计算出相应的谐波子平面需要注入电流的大小。所述的基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，所述的建立十二相永磁同步电机的模型的具体过程为：定子由四套Y型连接的三相对称绕组组成，A1B1C1为第一套绕组，A2B2C2为第二套绕组，A3B3C3为第三套绕组，A4B4C4为第四套绕组，且四套绕组在空间上相差15°电角度，十二相电机的四套绕组采用隔离中性点星型连接方式，则电流满足：（2）所述的基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，所述的根据总磁势不变原则，保持系统解耦变换阵不变，得到十二相电机缺相运行时最大转矩输出方式下剩余各相电流的表达式的具体过程为：设A1、C3相开路，十二相电机定子总磁势可以表示为：（16）式中，为绕组空间电角度，为每相绕组匝数；以B1相为例，其绕组函数为十二相电机正常运行时各相电流为：（17）式中，为十二相电机正常运行时的电流幅值；为A1相电流的相角。将式（17）带入到式（16）中可以得到十二相电机正常运行时的总磁势为：（18）以A1相与C3相正交两相开路时为例，对比式（16）和式（17），为了得到相同的合成磁势，剩余十相电流必须满足：（19），将各相电流表示程如下形式：（20）将式（20）带入到式（19）中，将实部和虚部分离，可以得到：（21），除了式（21）外，各相电流还需要满足其他约束条件：（22）所述的基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，所述的将各相电流表达式进行静止坐标变换之后就可以计算出相应的谐波子平面需要注入电流的大小得具体过程为：以输出最大转矩为优化目标，则需要尽量减小相电流的最大幅值，其目标函数可表示为：（23）采用MATLAB最优化工具箱中的最小最大值计算函数fminimax来得到满足条件的数值解，即各相电流的表达式为：（24）式中，为十二相电机正常运行时的电流幅值；为A1相电流的相角；对静止坐标系下的电流进行矢量空间变换，就可以计算出相应的谐波子平面需要注入电流的大小，其应该满足的条件如下所示：（25）其中，、为基波子平面电流；、为五次谐波子平面电流；、为七次谐波子平面电流；、为十一次谐波子平面电流。有益效果：1.本专利技术在保证电机某一相或两相开路故障后，在电机剩余相电流产生的磁动势与缺相前保持一致的前提下，保持系统解耦变换阵不变，基于输出最大转矩原理，计算出非故障相的电流，得出相应的谐波子平面需要注入电流大小，实现十二相永磁同步电机带故障运行。本专利技术适用于十二相电机多相故障的容错运行，解决以定子铜耗最小方式下电流幅值严重不平衡及克服现有容错技术的缺陷、保证故障前后磁动势相等且输出最大转矩、降低转矩脉动、实现驱动系统的高可靠性和容错性。本专利技术适用于航空航天、电动汽车等对电机的可靠性以及连续性有较高要求的场合。附图说明：附图1是本专利技术四Y移15°的十二相永磁同步电机的绕组结构图；附图2是本专利技术十二相电机定子绕组隔离中性点星型连接方式图；附图3是本专利技术自然坐标系和α-β坐标系之间转换图；附图4是本专利技术α-β坐标系和d-q坐标系之间转换图；附图5是本专利技术十二相PMSM正常运行时的转速波形图；附图6是本专利技术十二相PMSM正常运行时的十二相电流波形图；附图7是本专利技术十二相PMSM正常运行时的转矩波形图；附图8是本专利技术十二相PMSM正常运行时的反电动势波形图；附图9是本专利技术十二相PMSM正常运行时的A1相电流及其反电动势波形图；附图10是本专利技术十二相PMSM在A1、C3相开路时采用输出最大转矩方式容错控制策略的转速波形图；附图11是本专利技术十二相PMSM在A1、C3相开路时采用输出最大转矩方式容错控制策略的十二相电流波形图；附图12是本专利技术十二相PMSM在A1、C3相开路时采用输出最大转矩方式容错控制策略的转矩波形图。附图13是本专利技术的控制电路图；具体实施方式：实施例1：一种基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，该方法包括如下步骤：（1）将n相电机看做一个整体，将电机中的各个变量分成参与机电能量转换的α-β平面中以及与机电能量转换无关的其它平面中建立十二相永磁同步电机的模型；（2）根据总磁势不变原则，保持系统解耦变换阵不变，得到十二相电机缺相运行时最大转矩输出方式下剩余各相电流的表达式；（3）将各相电流表达式进行静止坐标变换之后就可以计算出相应的谐波子平面需要注入电流的大小。实施例2：根据实施例1所述的基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，所述的将n相电机看做一个整体，将电机中的各个变量分成参与机电能量转换的α-β平面中以及与机电能量转换无关的其它平面中的具体过程为：给出了n相对称多相电机的Clark变换矩阵：其中：为每两套绕组之间相差的电角度；m的取值与电机的相数有关，当为偶数时，，当为奇数时，，且如式（1）所示的最后一行向量将不存在；当定、转子磁势正弦分布时，前两行向量对应的是α-β子空间，其对应的是基波磁链和转矩分量，这些分量与三相电机相同且参与电机的机电能量转换，中间行向量中的对分量对应着个子空间，其对应的是谐波分量，最后两行对应的是零序分量，当电机的中性点隔离时，可以忽略零序分量的影响，式（1）中的系数是以功率不变作为约束条件得到的，当以幅值不变为约束条件时，只须将式（1）中的系数修改为即可，特别的，当相电机由个相互独立的绕组结构构成，且个绕组中每两个绕组之间的中性点相互隔离时，采用VSD变换矩阵后，3由于零序分量在每两个绕组之间不能相互作用，所以相电机的变量个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，其特征是：该方法包括如下步骤：（1）将n相电机看做一个整体，将电机中的各个变量分成参与机电能量转换的α‑β平面中以及与机电能量转换无关的其它平面中建立十二相永磁同步电机的模型；（2）根据总磁势不变原则，保持系统解耦变换阵不变，得到十二相电机缺相运行时最大转矩输出方式下剩余各相电流的表达式；（3）将各相电流表达式进行

【技术特征摘要】
1.一种基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，其特征是：该方法包括如下步骤：（1）将n相电机看做一个整体，将电机中的各个变量分成参与机电能量转换的α-β平面中以及与机电能量转换无关的其它平面中建立十二相永磁同步电机的模型；（2）根据总磁势不变原则，保持系统解耦变换阵不变，得到十二相电机缺相运行时最大转矩输出方式下剩余各相电流的表达式；（3）将各相电流表达式进行静止坐标变换之后就可以计算出相应的谐波子平面需要注入电流的大小。2.根据权利要求1所述的基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，其特征是：所述的建立十二相永磁同步电机的模型的具体过程为：定子由四套Y型连接的三相对称绕组组成，A1B1C1为第一套绕组，A2B2C2为第二套绕组，A3B3C3为第三套绕组，A4B4C4为第四套绕组，且四套绕组在空间上相差15°电角度，十二相电机的四套绕组采用隔离中性点星型连接方式，则电流满足：（2）3.根据权利要求1所述的基于输出最大转矩的十二相永磁同步电机容错控制方法，其特征是：所述的根据总磁势不变原则，保持系统解耦变换阵不变，得到十二相电机缺相运行时最大转矩输出方式下剩余各相电流的表达式的具体过程为：设A1、C3相开路，十二相电机定子总磁势可以表示为：（16）式中，为绕组空间电角度，为每相绕组匝数；以B1相为例，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晗璎，陈卓，马骏杰，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23