一種電動(dòng)汽車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種容錯(cuò)控制方法，特別是涉及一種電動(dòng)汽 車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益加重，電動(dòng)汽車(chē)成為未來(lái)汽車(chē)可持續(xù)發(fā)展的必然 趨勢(shì)。電動(dòng)汽車(chē)既承載著向可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型的重任，同時(shí)又肩負(fù)著向人們展示激情與形象 的使命。目前，電動(dòng)汽車(chē)采用的電機(jī)主要有三相異步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)和永磁同步電機(jī)， 其中永磁同步電機(jī)由于體積小、功率密度高、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)使它具有更高的應(yīng) 用優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，越來(lái)越多的科研單位和企業(yè)正在逐漸加快永磁同步電機(jī)的研宄與應(yīng)用。
[0003] 軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁（axial field flux-switching permanent magnet， AFFSPM)電機(jī)是一種新型的定子永磁型磁通切換電機(jī)，它將磁通切換理念和軸向磁場(chǎng)電機(jī) 有效地結(jié)合起來(lái)，如圖1所示。所以AFFSPM電機(jī)結(jié)合了永磁同步電機(jī)和磁通切換電機(jī)特點(diǎn)， 一方面具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)；一方面具有高效率、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。此 夕卜，由于該電機(jī)永磁體位于定子并具有獨(dú)特的聚磁效應(yīng)，因此可以用相對(duì)較少的永磁材料 獲得較高的氣隙磁密，轉(zhuǎn)子既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向長(zhǎng)度短，所以非常適合用 作電動(dòng)汽車(chē)輪轂電機(jī)。
[0004] 電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行壞境惡劣，功率變換器是軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)中最容易 發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)?？刂破髂孀儤蜃钊菀装l(fā)生單相斷路故障，目前，對(duì)于軸向磁場(chǎng)磁通 切換永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制研宄較少，未見(jiàn)相相關(guān)文獻(xiàn)與報(bào)道，由于其應(yīng)用場(chǎng)合的特 殊性，安全性與可靠性問(wèn)題尤為重要，容錯(cuò)控制成為研宄重點(diǎn)，容錯(cuò)控制的實(shí)現(xiàn)包括故障檢 測(cè)、識(shí)別與隔離三個(gè)步驟。故障檢測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)成為故障診斷，是容錯(cuò)控制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。 功率半導(dǎo)體器件及其控制驅(qū)動(dòng)電路時(shí)電機(jī)系統(tǒng)中最容易發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)。其中功率變 換器故障占整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障的82. 5%。功率變換器通常由功率管開(kāi)路或短路引起，故障 后電機(jī)工作性能下降，甚至喪失工作能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足，在分析軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)的基 礎(chǔ)上，提出了一種能夠準(zhǔn)確檢測(cè)電動(dòng)汽車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)功率變換器故障狀 態(tài)，使其運(yùn)行在容錯(cuò)狀態(tài)，并大大提高電動(dòng)汽車(chē)在功率變換器故障狀態(tài)下安全性能的電動(dòng) 汽車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明的軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法，包括以下步驟：
[0007] (1)從電機(jī)主電路采集相電流ia、ib、i。、ie、if、ig，對(duì)電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確初始位置檢測(cè)， 從電機(jī)編碼器上采集信號(hào)，送入控制器進(jìn)行處理，得出轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子位置角0 ;
[0008] (2)將采集的相電流ia、ib、i。、ie、if、ig經(jīng)跟隨、濾波、偏置和A/D轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行 帕克變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一定子的d軸電流id和第二定子的d軸電流i' d、 第一定子的q軸電流iq和第二定子的q軸電流i' q;
[0009] (3)用給定轉(zhuǎn)速n#減去編碼器實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速n，后得到轉(zhuǎn)速偏差A(yù)n，將所述轉(zhuǎn)速偏差 An輸入速度調(diào)節(jié)器經(jīng)比例積分運(yùn)算后得到轉(zhuǎn)矩參考值：C，將轉(zhuǎn)矩參考值<、母線電壓Ud。、 第一定子的d軸電壓ud和第二定子的d軸電壓u'd、第一定子的q軸電壓uq和第二定子的q軸電壓u'q、編碼器實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速n和給定轉(zhuǎn)速一輸入電流分配器，根據(jù)給定相電流與采集到 的相電流的差值判斷故障狀態(tài)，即給定相電流為= ，實(shí)測(cè)相電流為ik(k= 3，13"44)，則二者差值為八&=/〗-4，當(dāng)連續(xù)兩個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，八￡1;同號(hào)，則說(shuō)明有故 障發(fā)生，當(dāng)軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)控制系統(tǒng)狀態(tài)正常時(shí)，進(jìn)入步驟4)，當(dāng)軸向磁場(chǎng)磁通 切換永磁電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)入步驟5);
[0010] ⑷采用irf= 0控制策略，電流分配器按照如下電流分配方案輸出電流：
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電動(dòng)汽車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法，其特征在于，該方法包 括以下步驟： (1) 從電機(jī)主電路采集相電流ia、ib、i。、ie、if、ig，對(duì)電機(jī)進(jìn)行初始位置檢測(cè)，從電機(jī)編 碼器上采集信號(hào)，送入控制器進(jìn)行處理，得出轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子位置角0 ; (2) 將采集的相電流ia、ib、i。、ie、if、ig經(jīng)跟隨、濾波、偏置和A/D轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行帕克 變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的第一定子的d軸電流id和第二定子的d軸電流i' d、第一 定子的q軸電流iq和第二定子的q軸電流i' q; (3) 用給定轉(zhuǎn)速n#減去編碼器實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速n，得到的轉(zhuǎn)速偏差A(yù)n輸入速度調(diào)節(jié)器，經(jīng)比 例積分運(yùn)算后得到轉(zhuǎn)矩參考值:C，將轉(zhuǎn)矩參考值2：、母線電壓Ud。、第一定子的d軸電壓叫和 第二定子的d軸電壓u'd、第一定子的q軸電壓uq和第二定子的q軸電壓u' q、編碼器實(shí) 測(cè)轉(zhuǎn)速n和給定轉(zhuǎn)速一輸入電流分配器，根據(jù)電流判斷故障狀態(tài)，當(dāng)軸向磁場(chǎng)磁通切換永 磁電機(jī)控制系統(tǒng)狀態(tài)正常時(shí)，進(jìn)入步驟4)，當(dāng)軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)生故 障時(shí)，進(jìn)入步驟5); (4) 采用0控制策略，電流分配器按照如下電流分配方案輸出電流：
兵〒，萬(wàn)弟一疋卞的d細(xì)電沭穸丐但，11tef73弟一疋子的d軸電流參考值，i為第一定子的q軸電流參考值，i'qMf為第二定子的q軸電流參考值；I^為相電流幅值，9 為相位角； (5) 繼續(xù)保持id= 0,進(jìn)行容錯(cuò)控制，電流分配器按照如下電流分配方案輸出電流：
(6) 用電流分配器所產(chǎn)生的第一定子的d軸電流參考值idMf減去步驟（2)中的第一定 子的d軸電流id得到電流偏差A(yù)id，用第二定子的d軸電流參考值i' ^^咸去步驟（2)中 的第二定子的d軸電流i'd得到電流偏差A(yù)i'd，用第一定子的q軸電流參考值iqMf減 去步驟（2)中的第一定子的q軸電流iq得到電流偏差△iq，用第二定子的q軸電流參考值 i' _減去步驟⑵中的第二定子的q軸電流i'q得到電流偏差A(yù)i' q，將第一定子的 d軸電流偏差A(yù)id和第二定子的d軸電流偏差A(yù)i'，分別輸入d軸電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例 積分運(yùn)算，得到第一定子的d軸電壓ud和和第二定子的d軸電壓u'd，將第一定子的q軸 電流偏差A(yù)iq和第二定子的q軸電流偏差A(yù)i' 5分別輸入q軸電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例積分 運(yùn)算，得到第一定子的q軸電壓uq和第二定子的q軸電壓u'q，然后對(duì)所述第一定子的d 軸電壓ud、第二定子的d軸電壓u'd和第一定子的q軸電壓uq、第二定子的q軸電壓u'q 共同進(jìn)行旋轉(zhuǎn)正交-靜止兩相變換后，得到靜止兩相坐標(biāo)系下第一定子的a軸電壓ua、第 二定子的a軸電壓u'a和第一定子的0軸電壓、第二定子的0軸電壓u' e，將所述 a軸電壓ua、u'。和0軸電壓Ufi、u'e分別輸入脈沖寬度調(diào)制模塊，運(yùn)算輸出12路脈 沖寬度調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)主功率變換器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)汽車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法，其特 征在于，所述步驟6)中的脈沖寬度調(diào)制模塊為空間矢量脈沖寬度調(diào)制模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)汽車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方 法，其特征在于，所述步驟3)中判斷故障狀態(tài)的具體方法為：根據(jù)給定相電流與采集到的 相電流的差值判斷故障狀態(tài)，即給定相電流為<斤=?，6^,￡，/4)，實(shí)測(cè)相電流為込& = 3，13"44)，則二者差值為八4=<-4，當(dāng)連續(xù)兩個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，八￡1;同號(hào)，則判斷電動(dòng) 汽車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)有故障發(fā)生，否則判斷電機(jī)狀態(tài)正常。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電動(dòng)汽車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制方法，使軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)發(fā)生單相斷路時(shí)能夠運(yùn)行在容錯(cuò)狀態(tài)。根據(jù)相電流判斷故障狀態(tài)，當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)，軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁電機(jī)容錯(cuò)控制系統(tǒng)采用id＝0控制策略，分配d軸、q軸電流。當(dāng)發(fā)生單相斷路故障時(shí)，繼續(xù)保持id＝0，進(jìn)行容錯(cuò)控制，協(xié)調(diào)分配d軸、q軸電流，使電機(jī)運(yùn)行在容錯(cuò)狀態(tài)。一種電動(dòng)汽車(chē)用軸向磁場(chǎng)磁通切換永磁容錯(cuò)電機(jī)控制系統(tǒng)在單相斷路情況下使電機(jī)從故障狀態(tài)切換至容錯(cuò)運(yùn)行狀態(tài)，可以有效地減小故障給電機(jī)運(yùn)行帶來(lái)的影響，從而提高了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。
【IPC分類(lèi)】H02P6-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104617827
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510054387
【發(fā)明人】林明耀, 趙紀(jì)龍
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年2月2日