一種軸向磁通切換永磁電機故障容錯控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種故障容錯控制方法，特別是一種軸向磁通切換永磁電機故障容錯 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電機在航空、交通軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴大，電機驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性 問題得到了相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者越來越廣泛的關(guān)注。磁通切換永磁電機（FSPMM)是一種定子永磁 無刷電機，由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單堅固，具有高功率密度、高轉(zhuǎn)矩密度和高效率等特點，近年來 得到了學(xué)者的廣泛研究。
[0003] 東南大學(xué)林明耀教授在此基礎(chǔ)上提出了一種軸向磁場磁通切換永磁電機 (AFFSPMM)，運種電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸短，轉(zhuǎn)矩密度高，特別適合直驅(qū)電動汽車的驅(qū) 動電機要求。但是，為了保證故障情況下電動汽車的安全運行，AFFSPM電機的容錯性不可 忽視。近幾年，通過模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化極對數(shù)，添加冗余繞組等方式對磁通切換永磁容 錯電機的容錯性能進行了改進。但關(guān)于AFFSPM電機故障狀態(tài)下的容錯控制策略還未被提 出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種軸向磁通切換永磁電機故障容錯控制方 法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0006] -種軸向磁通切換永磁電機故障容錯控制方法，其特征在于：檢測軸向磁通切換 永磁電機各相繞組實際電流，判斷每相繞組是否故障，當正常運行時，采用id= 0的AFFSPM 電機矢量控制系統(tǒng)，使定子電流與轉(zhuǎn)子磁場相互獨立；當斷路故障時，根據(jù)故障開關(guān)狀態(tài)調(diào) 節(jié)相應(yīng)故障狀態(tài)下的其他正常繞組電流；當短路故障時，電流超出極限電流，斷開短路故障 相，采取斷路故障狀態(tài)下的容錯控制策略。
[0007]進一步地，所述斷路故障狀態(tài)下調(diào)節(jié)兩套正常繞組電流的方法，使得故障狀態(tài)下 電機的輸出轉(zhuǎn)矩性能基本維持正常運行時轉(zhuǎn)矩性能。
[0008]進一步地，所述斷路故障狀態(tài)下調(diào)節(jié)電流的方法包括，獲得S相AFFSPM電機的實 際轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子位置0。，將電機的實際轉(zhuǎn)速n與給定轉(zhuǎn)速11>^行比較，^及對比較信號進 行PI調(diào)節(jié)后獲得給定轉(zhuǎn)矩，根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩獲得電樞電流dq軸分量給定值i/和iq%對獲得 的直軸電流給定值i/和交軸電流給定值i。"^通過坐標轉(zhuǎn)換后得到各相繞組電流給定值；
[0009] 正常狀態(tài)下，AFFSPM電機的S相電流方程：
[0011] 整個磁動勢燈MMF)表達式為：
[0012] TMMF=MMFa+MMFb+MMF。 似
[0013] =NIal+ 曰NIbl+ 曰 2NIci+NIa2+ 曰NIb2+ 曰 2NIc2
[0014]
[001引其中：0為電角度，1,1，1,2(j=a,b，C)分別表示定子1和定子2中的相電流，Im為二相電流的幅值，a等于1 ^ 120° ;
[0016] 通過dq/油C轉(zhuǎn)換，電流方程可W表示為：
[0018] 斷路故障判斷主要類型：
[001引 （1)當Al繞組斷路時，假設(shè)此時正常運行相的電流幅值為Im'，則相電流的表達式 為：
[002。 其中，a、0分別是BUCl相的偏移電角度。將公式（4)帶入似中，得到：
[0023] 為了保持故障前后的TMMF恒定，必須滿足下列條件：
[00幼簡化成：
[0027] 把公式（7)帶入（6)中，可W得到：
[002引所W，當Al繞組發(fā)生斷路故障時，公式（4)可W寫成公式巧），從公式（9)中可W看出，通過改變正常繞組的電流幅值和相位角可W確保磁動勢不變；
[00引]若Al繞組正常工作，A2、B1、B2、CUC2任意一繞組發(fā)生斷路故障時，容錯電流調(diào) 節(jié)公式的推導(dǎo)類似式（4)-巧）；
[0032] (2)當Al和B2繞組斷路時，為保持電磁轉(zhuǎn)矩不變，此時電機的電流為：
[0034] 斷開A相、B相、C相任意2相中的任一個定子繞組時，容錯電流調(diào)節(jié)公式的推導(dǎo)類 似式（10);
[0035] (3)當Al和A2繞組斷路時，為保持電磁轉(zhuǎn)矩不變，此時電機的電流為：
[0037] B相、C相兩個定子繞組均發(fā)生斷路故障時，容錯電流調(diào)節(jié)公式的推導(dǎo)類似式 (11)。
[0038] 進一步地，所述軸向磁通切換永磁電機具有2組電樞繞組，不但提高了電機的輸 出轉(zhuǎn)矩，而且當一相電樞繞組出現(xiàn)故障時，可W通過協(xié)調(diào)控制本組正常電樞繞組和另一組 電樞繞組電流，實現(xiàn)電機故障下的正常運行。
[0039] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下優(yōu)點和效果：本發(fā)明的一種軸向磁通切換永磁 電機故障容錯控制方法針對運種電機自身結(jié)構(gòu)特點，使得電機不同斷路故障前后轉(zhuǎn)矩輸出 性能基本不變，為容錯運行提供保證，使軸向磁場磁通切換電機具有高可靠性、高功率密 度。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明的一種軸向磁通切換永磁電機故障容錯控制方法的系統(tǒng)控制框圖。
[0041] 圖2是軸向磁場磁通切換永磁電機的示意圖。
[004引圖中1-定子1、2-轉(zhuǎn)子、3-轉(zhuǎn)子極、4-定子2、5-電樞繞組、6-中間齒、7-永磁體、8- "E"型鐵屯、、9-定子齒。
[0043] 圖3是軸向磁場磁通切換永磁電機的繞組示意圖。
[0044] 圖4是軸向磁場磁通切換永磁電機正常運行狀態(tài)下的電流和轉(zhuǎn)矩波形圖。
[0045] 圖5是軸向磁場磁通切換永磁電機不同斷路故障下的轉(zhuǎn)矩波形圖。
[0046] 圖6是軸向磁場磁通切換永磁電機當發(fā)生Al繞組斷路故障時進行容錯控制之后 的電流和轉(zhuǎn)矩波形圖。
[0047] 圖7是軸向磁場磁通切換永磁電機當發(fā)生Al和B2繞組斷路故障時進行容錯控制 之后的電流和轉(zhuǎn)矩波形圖。
[0048] 圖8是軸向磁場磁通切換永磁電機當發(fā)生Al和A2繞組開路故障時進行容錯控制 之后的電流和轉(zhuǎn)矩波形圖。
【具體實施方式】
[0049] 下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，W下實施例是對本發(fā)明的解釋而 本發(fā)明并不局限于W下實施例。
[0050] 本發(fā)明的一種軸向磁通切換永磁電機故障容錯控制方法，根據(jù)檢測電流判斷故障 的類型，從而對控制策略進行選擇。正常運行時，采用id= 0的矢量控制策略；若繞組發(fā)生 斷路故障，則根據(jù)斷路故障類型，采取相應(yīng)容錯控制，調(diào)節(jié)正常繞組的電流；若繞組發(fā)生短 路故障，則斷開該相應(yīng)繞組，然后采用相應(yīng)斷路故障的容錯控制策略。AFFSPM電機具有2組 電樞繞組，不但提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩，而且當一相電樞繞組出現(xiàn)故障時，可W通過協(xié)調(diào)控 制本組正常電樞繞組和另一組電樞繞組電流，實現(xiàn)電機故障下的正常運行，減少轉(zhuǎn)矩脈動， 提局電機運行性能。
[0051] 圖1所示的新型軸向磁場磁通切換永磁電機的容錯控制系統(tǒng)。包括：獲得=相 AFFSPM電機的實際轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)子位置0。;將電機的實際轉(zhuǎn)速n與給定轉(zhuǎn)速n"^行比較，W 及對比較信號進行PI調(diào)節(jié)后獲得給定轉(zhuǎn)矩；根據(jù)給定轉(zhuǎn)矩獲得電樞電流dq軸分量給定值 i/和i。"^對獲得的直軸電流給定值i/和交軸電流給定值i。"^通過坐標轉(zhuǎn)換后得到各相繞 組電流給定值；檢測S相AFFSPM電機各相繞組實際電流；根據(jù)電機的各相繞組電流變化判 斷任一相繞組是否發(fā)生斷路或短路故障，如無故障，則選擇正常運行下的控制策略；若發(fā)生 斷路故障，則選擇容錯控制策略，利用不同斷路故障狀態(tài)下相應(yīng)電流的調(diào)節(jié)公式得出各相 繞組電流給定值；若檢測發(fā)生短路故障（即電流超出極限值），則斷開該相繞組，采用相應(yīng) 斷路故障狀態(tài)下的電流調(diào)節(jié)公式得出各相繞組電流給定值。
[0052] 正常狀態(tài)下，AFFSPM電機的S相電流方程：
[0054] 整個磁動勢燈MMF)表達式為：
[00 巧]TMMF=MMFa+MMFb+MMF。
[0056] =NIai+ 曰NIbi+ 曰 2仍。1+仍。2+ 曰NIb2+ 曰