電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制方法。先根據(jù)這兩相開路故障前后磁動(dòng)勢不變以及非故障相電流和為零的原則，以不相鄰兩相電流幅值相等為約束條件，推導(dǎo)出推廣克拉克變換矩陣；采用該矩陣的轉(zhuǎn)置估算出反電勢；采用內(nèi)?？刂破?、一階慣性前饋電壓補(bǔ)償器、反電勢觀測器將該類電機(jī)在故障狀態(tài)下的非線性強(qiáng)耦合系統(tǒng)變換為一階慣性系統(tǒng)。根據(jù)非故障相短路補(bǔ)償電流和兩短路故障相電流的合成磁動(dòng)勢為零的原則求出短路補(bǔ)償電壓；將該電壓和矢量控制器輸出電壓疊加。本發(fā)明不但抑制了電機(jī)相鄰兩相短路故障導(dǎo)致的電機(jī)推力波動(dòng)，且更為關(guān)鍵的是其動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能和正常狀態(tài)下一致，電壓源逆變器開關(guān)頻率恒定。
【專利說明】
電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種五相永磁電機(jī)相鄰兩相短路故障容錯(cuò)控制方法，特別是五相容錯(cuò) 永磁直線電機(jī)相鄰兩相短路故障容錯(cuò)矢量控制方法。適用于航空航天、電動(dòng)汽車、深海、醫(yī) 療器械等對電機(jī)的可靠性和動(dòng)態(tài)性能有較高要求的場合。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會的發(fā)展以及人們生活水平的提高，對汽車駕乘的舒適性和安全穩(wěn)定性要 求越來越高。作為現(xiàn)代汽車的重要組成部分，懸架系統(tǒng)性能對汽車行駛平順性和操作穩(wěn)定 性等有著極其重要的影響，因此主動(dòng)懸架系統(tǒng)的研究受到業(yè)內(nèi)高度重視。作為主動(dòng)電磁懸 架系統(tǒng)的核心部件，圓筒直線電機(jī)研究受到重視。電機(jī)在短路故障狀態(tài)下的容錯(cuò)性能，直接 決定著電磁懸架的可靠性和連續(xù)運(yùn)行的能力。
[0003] 容錯(cuò)電機(jī)在某一相或某兩相發(fā)生短路故障時(shí)，電機(jī)仍然具有一定的推力或者轉(zhuǎn)矩 輸出能力，但是推力或者轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很大，噪聲增大，嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。容錯(cuò)控制的目標(biāo)是 針對不同應(yīng)用場合對容錯(cuò)電流進(jìn)行優(yōu)化，使電機(jī)在故障狀態(tài)下的輸出推力或者轉(zhuǎn)矩盡量平 滑，并且使電機(jī)性能達(dá)到或接近故障前的性能。中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?01510059387.2的 專利《一種五相容錯(cuò)永磁電機(jī)的短路容錯(cuò)控制方法》針對五相容錯(cuò)表貼式永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，將 短路故障對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響分解為兩部分:一部分是開路故障對轉(zhuǎn)矩的影響；另一部分是 短路電流對轉(zhuǎn)矩影響。針對開路故障，采用故障前后磁動(dòng)勢和不變原則以及故障后電流幅 值相等原則，優(yōu)化剩余非故障相的相電流;針對短路電流引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，采用故障后磁動(dòng) 勢為零和銅耗最小原則求出非故障相補(bǔ)償電流;最后兩部分電流相加，求得剩余非故障相 的電流指令。根據(jù)求得的剩余非故障相電流采用電流滯環(huán)控制策略，對五相容錯(cuò)表貼式永 磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行控制。該方法用于抑制短路相電流導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的剩余非故障相補(bǔ)償電流 的幅值是常數(shù)，與電機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，且剩余非故障相的補(bǔ)償電流之和不為零。目前，常用的容 錯(cuò)控制方法是:計(jì)算出容錯(cuò)電流，然后采用電流滯環(huán)策略進(jìn)行控制。但是，該方法存在開關(guān) 頻率雜亂、噪聲大、電機(jī)動(dòng)態(tài)性能差等問題，不適合功率較大以及對電機(jī)動(dòng)態(tài)性能要求高的 場合。中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?01510661212.9的專利《一種內(nèi)嵌式混合磁材料容錯(cuò)圓筒直 線電機(jī)短路容錯(cuò)矢量控制方法》針對五相混合磁材料內(nèi)嵌式容錯(cuò)直線電機(jī)一相短路故障， 采用以上相同方法優(yōu)化剩余非故障電流，然后采用矢量控制策略實(shí)現(xiàn)該電機(jī)一相短路故障 情況的矢量運(yùn)行。盡管該方法實(shí)現(xiàn)了該類電機(jī)系統(tǒng)在短路故障狀態(tài)下的高容錯(cuò)性能、高動(dòng) 態(tài)性能、電流良好的跟隨性，但該方法無法實(shí)現(xiàn)兩相短路故障情況下的矢量控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有電機(jī)容錯(cuò)控制技術(shù)中存在的不足，根據(jù)五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒 電機(jī)的特性和該類電機(jī)相鄰兩相短路故障特點(diǎn)，本發(fā)明目的是克服電機(jī)相鄰兩相短路故障 后現(xiàn)有容錯(cuò)策略使用電流滯環(huán)控制導(dǎo)致逆變器開關(guān)頻率雜亂、電機(jī)響應(yīng)速度下降、動(dòng)態(tài)性 能差、電流無法精確跟隨、噪聲嚴(yán)重的缺點(diǎn)、傳統(tǒng)電流PI控制由于響應(yīng)快速性和超調(diào)的矛盾 引起參數(shù)調(diào)節(jié)困難的問題，以及現(xiàn)有容錯(cuò)矢量控制策略無法實(shí)現(xiàn)兩相短路故障情況的容錯(cuò) 運(yùn)行，提出一種用于本發(fā)明的五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)的相鄰兩相短路容錯(cuò)矢 量控制方法，實(shí)現(xiàn)了反電勢的精確估算，降低控制器參數(shù)調(diào)節(jié)難度，實(shí)現(xiàn)該類電機(jī)系統(tǒng)在相 鄰兩相短路故障狀態(tài)下的高容錯(cuò)性能、高動(dòng)態(tài)性能、電流良好跟隨性，減小CHJ開銷，實(shí)現(xiàn)逆 變器開關(guān)頻率恒定、降低噪聲，進(jìn)而提高本發(fā)明的五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相 鄰兩相短路故障狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)性能和可靠性。
[0005] 本發(fā)明用于五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)的容錯(cuò)矢量控制方法采用如下 技術(shù)方案：
[0006] -種用于五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制方法， 包括以下步驟：
[0007] 步驟1，建立五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)模型；
[0008] 步驟2,五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)分為六3、(：、0』這五相，當(dāng)電機(jī)發(fā)生〇 相和D相短路故障時(shí)，假設(shè)電機(jī)C相和D相僅發(fā)生開路故障，根據(jù)電機(jī)故障前后行波磁動(dòng)勢不 變原則以及剩余非故障相電流之和為零的約束條件，再由不相鄰兩相B相和E相電流幅值相 等作為約束條件，求出C相和D相短路故障后電機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行的非故障相電流；
[0009] 步驟3,根據(jù)非故障相電流，求取三個(gè)非故障相自然坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系變換 的推廣克拉克變換矩陣Tpcist、逆變換矩陣以及轉(zhuǎn)置矩陣2；^;
[0010] 步驟4,使用非故障相電流抑制故障相短路電流導(dǎo)致的推力波動(dòng)，求取用于抑制故 障相短路電流導(dǎo)致推力波動(dòng)的非故障相的短路補(bǔ)償電流，采用推廣克拉克變換矩陣T pcisd_ 該電流變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的短路補(bǔ)償電流；
[0011] 步驟5,采用推廣克拉克變換矩陣Tpcist將在自然坐標(biāo)系下采樣到的剩余三相非故 障相電流變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的電流，并將該電流和步驟3中獲得的電流相減得到 (i a、ie)，運(yùn)用派克變換矩陣C2s/2#(ia、ie)變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電流；
[0012] 或步驟5,將在自然坐標(biāo)系上采樣到的剩余三相非故障相電流，與短路補(bǔ)償電流相 減得到(V A、V B、" E)，采用推廣克拉克變換矩陣Tpcis4P派克變換矩陣Α、ν Β、ν E) 變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的反饋電流；
[0013] 步驟6,建立五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路故障狀態(tài)下在同 步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型；
[0014] 步驟7,設(shè)計(jì)一階慣性前饋電壓補(bǔ)償器，獲得前饋補(bǔ)償電壓，同時(shí)該電流指令和反 饋電流的差值經(jīng)電流內(nèi)?？刂破鞯每刂齐妷号c前饋補(bǔ)償電壓相加得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上 的電壓指令，采用派克逆變換矩陣C 2r/2s將該電壓指令變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的電壓 (Ua ^Μβ )：;
[0015] 步驟8,采用7^和(^/28以及動(dòng)子永磁磁鏈設(shè)計(jì)反電勢觀測器觀測出非故障相反電 勢，根據(jù)非故障相反電勢求出故障相反電勢；
[0016] 步驟9,為確保電機(jī)輸出用于抑制短路電流導(dǎo)致推力波動(dòng)的非故障相的短路補(bǔ)償 電流，根據(jù)C相短路電流和C相反電勢的關(guān)系以及D相短路電流和D相反電勢的關(guān)系以及短路 補(bǔ)償電流的數(shù)學(xué)表達(dá)方式，定義剩余三相非故障相的短路補(bǔ)償電壓，采用推廣克拉克變換 矩陣Tpcist將所述短路補(bǔ)償電壓變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的短路補(bǔ)償電壓；
[0017] 步驟10,將兩相靜止坐標(biāo)系上的電壓指令與短路補(bǔ)償電壓相加得電壓指令 C<、<)，采用推廣克拉克逆變換矩陣將電壓指令（、〃；）變換到自然坐標(biāo)系上的電 壓指令（〃κ、4)，再和剩余非故障相的各相反電勢分別相加得到期望相電壓指令 ? 年幸 *傘 *氺 X ? ?? Λ、UB % UE )；
[0018] 或步驟10,采用推廣克拉克逆變換矩陣將兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓指令 (1、4 )變換到自然坐標(biāo)系上的電壓指令（<、《〗、《〗），然后和剩余三相非故障相的短 路補(bǔ)償電壓相加，最后再和剩余非故障相的各相反電勢分別相加得到期望相電壓指令 X 誅幸 ** -V 、1(4、UB、1{F );
[0019] 步驟11，將步驟10所得到的期望相電壓指令(<、<、《Ρ經(jīng)電壓源逆變器，采 用CPWM調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路故障后的容錯(cuò)矢 量無擾運(yùn)行。
[0020] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0021] 1、本發(fā)明在保證電機(jī)任意相鄰兩相短路故障前后電機(jī)輸出推力相等的前提下，不 但能有效抑制電機(jī)推力波動(dòng)，而且更為關(guān)鍵的是能使電機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行情況下的動(dòng)態(tài)性能、電 流跟隨性能和正常狀態(tài)下的性能一致，并且無需復(fù)雜的計(jì)算，電壓源逆變器開關(guān)頻率恒定、 噪聲低、CPU開銷小，算法具有一定的通用性。
[0022] 2、采用本發(fā)明相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制策略后，該類電機(jī)在C相和D相短路故障 情況下容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)，其動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能和電機(jī)正常狀態(tài)下一樣，且輸出推力幾乎沒有波 動(dòng)，在電機(jī)系統(tǒng)允許的最大電流極限值以下，電磁推力和故障前保持一致，實(shí)現(xiàn)了無擾容錯(cuò) 運(yùn)行。
[0023] 3、由本發(fā)明中的剩余非故障相電流矢量推導(dǎo)出的推廣克拉克變換矩陣和派克變 換矩陣能在相鄰兩相短路故障狀態(tài)下將剩余非故障相的穩(wěn)態(tài)電流減去用于短路補(bǔ)償電流 后按等幅值變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上，該電流無脈動(dòng)。而采用傳統(tǒng)克拉克變換矩陣及派克 變換矩陣在相鄰兩相短路故障狀態(tài)下只能將剩余非故障相的電流變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 上脈動(dòng)的電流。
[0024] 4、推廣克拉克變換矩陣和派克變換矩陣相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了相鄰兩相短路故障狀態(tài)下 剩余非故障相構(gòu)成的自然坐標(biāo)系到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，為電機(jī)相鄰兩相短路故障狀態(tài) 下的容錯(cuò)矢量控制創(chuàng)造了前提條件。
[0025] 5、推廣克拉克變換矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣和派克逆變換矩陣和動(dòng)子永磁磁鏈相結(jié)合實(shí) 現(xiàn)了該類電機(jī)相鄰兩相短路故障情況下的反電勢精確估算，從而實(shí)現(xiàn)了該類電機(jī)相鄰兩相 短路故障情況下的容錯(cuò)矢量運(yùn)行。
[0026] 6、和電流PI控制器相比，電流內(nèi)模控制器和推廣克拉克逆變換矩陣、派克逆變換 矩陣、反電勢觀測器器以及一階慣性前饋電壓補(bǔ)償器相結(jié)合將該類電機(jī)在相鄰兩相短路故 障狀態(tài)下的非線性強(qiáng)耦合系統(tǒng)變換為一階慣性系統(tǒng)，降低了控制器參數(shù)整定難度，保證了 該類電機(jī)系統(tǒng)在相鄰兩相短路故障狀態(tài)下電流跟隨性能、穩(wěn)態(tài)性能、動(dòng)態(tài)性能，使電機(jī)動(dòng)態(tài) 性能、穩(wěn)態(tài)性能和電機(jī)故障前的性能一致，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無超調(diào)快速響應(yīng)。
[0027] 7、推廣克拉克變換矩陣和派克變換矩陣以及零序電壓諧波注入的CPWM調(diào)制相結(jié) 合，提高了逆變器母線電壓利用率，同時(shí)減小了容錯(cuò)矢量控制算法的復(fù)雜性，降低了 CPU開 銷。
[0028] 8、相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制策略、反電勢估算策略、電流內(nèi)?？刂撇呗?、一階慣 性前饋電壓補(bǔ)償策略、CPWM調(diào)制技術(shù)與五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相結(jié)合，大大 提高了該電機(jī)在相鄰兩相短路故障狀態(tài)下的容錯(cuò)性能、動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，節(jié)省了 CPU開 銷。和電流滯環(huán)控制相比，降低了噪聲，降低了電磁兼容設(shè)計(jì)難度。進(jìn)而使得該電機(jī)在相鄰 兩相短路故障狀態(tài)下控制精度高，電流跟隨性能好，電機(jī)效率高、輸出推力響應(yīng)速度快且推 力脈動(dòng)和故障前一樣小，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)系統(tǒng)的在相鄰兩相短路故障狀態(tài)下的高可靠性以及高 動(dòng)態(tài)性能。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)整體示意圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例3五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例4五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖6為本發(fā)明實(shí)施例五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)矢量控制策略原理圖；
[0035] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)C相和D相短路容錯(cuò)矢量 控制原理圖一；
[0036] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)C相和D相短路容錯(cuò)矢量 控制原理圖二；
[0037] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例C相和D相短路故障情況下無容錯(cuò)和容錯(cuò)矢量運(yùn)行時(shí)的相電流 波形；
[0038] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例C相和D相短路故障情況下無容錯(cuò)和容錯(cuò)矢量運(yùn)行時(shí)的推力 波形；
[0039]圖11為本發(fā)明實(shí)施例無故障運(yùn)行過程中推力指令階躍時(shí)的電機(jī)輸出推力波形；
[0040] 圖12為本發(fā)明實(shí)施例C相和D相短路容錯(cuò)運(yùn)行過程中推力指令階躍時(shí)的電機(jī)輸出 推力波形；
[0041] 圖中：1.外側(cè)定子;2.線圈繞組;3.電樞齒;4.容錯(cuò)齒;5.長動(dòng)子;6.調(diào)磁環(huán);7.內(nèi)側(cè) 定子;8.永磁體;9.車廂；10.懸架彈簧;11.車架;12.極靴。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。
[0043] 為了能夠更加簡單明了地說明本發(fā)明的電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)的結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)和有益效果，下面結(jié)合一個(gè)具體的電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)來進(jìn)行詳細(xì)的表 述。
[0044] 步驟1，建立五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)模型；
[0045] 為了更清楚的說明本發(fā)明，將本發(fā)明電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)的極槽配比 具體化，選擇m = 5，即為五相電機(jī)，且相應(yīng)的電機(jī)槽數(shù)為ns = 2*m*2 = 20。并且該實(shí)施例圓筒 電機(jī)采用集中繞組分相方式。
[0046] 如圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例1的五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖， 包括內(nèi)側(cè)定子7、外側(cè)定子1以及所述內(nèi)外兩定子中間的長動(dòng)子5,兩定子長度均小于長動(dòng)子 5長度。所述內(nèi)側(cè)定子7和外側(cè)定子1通過E型非導(dǎo)磁材料管連接成一個(gè)整體，E型非導(dǎo)磁材料 管與車廂9直接相連(實(shí)施例中可以采用焊接方式），懸架彈簧10放置在電機(jī)長動(dòng)子5與E型 非導(dǎo)磁材料管之間，長動(dòng)子5另一側(cè)直接與車架11、輪胎相接(可以采用焊接方式）。所述E型 非導(dǎo)磁材料管的中間開口方向即為長動(dòng)子5的運(yùn)動(dòng)方向。內(nèi)側(cè)定子7、外側(cè)定子1和長動(dòng)子5 之間分別具有氣隙gl和g2,考慮到圓筒直線電機(jī)的曲率效應(yīng)，氣隙gl和g2應(yīng)滿足gl>g2,本實(shí) 施例電機(jī)取gi = g2+0.2mm。外側(cè)定子中包括容錯(cuò)齒4和電樞齒3,均為2*m= 10個(gè)。兩者交錯(cuò)間 隔排列，相鄰兩個(gè)電樞齒3之間設(shè)置一個(gè)容錯(cuò)齒4,容錯(cuò)齒4的徑向厚度等于極靴12的徑向厚 度加上電樞齒3的徑向厚度，電樞齒3的軸向厚度大于容錯(cuò)齒4的軸向厚度小于極靴12的軸 向厚度，其中容錯(cuò)齒5起到了對電機(jī)相與相之間的物理隔離，實(shí)現(xiàn)了相與相間的電隔離、熱 隔離以及磁路解耦，從而具有很好的容錯(cuò)性能。線圈繞組2以圓餅方式繞制，置于外側(cè)定子1 槽中且采用集中繞組分相方式。為了盡量不影響槽面積的大小，增大電機(jī)的空間利用率，設(shè) 置容錯(cuò)齒4的軸向?qū)挾却蟠笮∮陔姌旋X3的寬度。
[0047] 本發(fā)明實(shí)施例電機(jī)的長動(dòng)子5是由nc個(gè)調(diào)磁環(huán)6沿電機(jī)軸向均勻排布組成，且調(diào)磁 環(huán)6是由導(dǎo)磁材料構(gòu)成。長動(dòng)子調(diào)磁環(huán)6個(gè)數(shù)ndn。大于0)和永磁體8極對數(shù)n P以及電機(jī)繞組 極對數(shù)nw之間滿足如下關(guān)系式:nc = nP+nw，從而達(dá)到游標(biāo)調(diào)制效應(yīng)。長動(dòng)子設(shè)計(jì)成調(diào)磁環(huán)6 既能方便長動(dòng)子5組裝，還能根據(jù)不同的極槽配比，調(diào)整調(diào)磁環(huán)6的個(gè)數(shù)從而滿足調(diào)制比關(guān) 系，達(dá)到調(diào)制效應(yīng)。本發(fā)明實(shí)施例永磁體8極對數(shù)n P = 6，線圈繞組2極對數(shù)nw=9，所以本實(shí)施 例的長動(dòng)子調(diào)磁環(huán)6個(gè)數(shù)11。= 9+6= 15。本發(fā)明長動(dòng)子調(diào)磁環(huán)6之間為非導(dǎo)磁材料，由空氣或 者其他固體或者液態(tài)非導(dǎo)磁材料組成，以液態(tài)注入的方式既能保證尺寸精度，而且能方便 對長動(dòng)子5的固定。
[0048]本發(fā)明內(nèi)側(cè)定子7上的永磁體8能夠采用徑向單極性勵(lì)磁方式、徑向交替勵(lì)磁方 式、軸向交替勵(lì)磁方式或者陣列勵(lì)磁形式，能夠根據(jù)不同的需要和應(yīng)用領(lǐng)域選擇相應(yīng)的永 磁體8勵(lì)磁和放置方式。圖2所示的本發(fā)明實(shí)施例的五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)為 徑向交替勵(lì)磁方式。圖中放大部分為將徑向交替永磁體8按照軸向進(jìn)行分段，以減小永磁體 8中的渦流損耗，提高電機(jī)效率。懸架彈簧10-側(cè)僅和長動(dòng)子5相連后直接外接車架11、輪 胎，大大降低了系統(tǒng)的簧下質(zhì)量，使懸架系統(tǒng)擁有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和車輛的操控性。
[0049] 本實(shí)施例將永磁體置于內(nèi)側(cè)定子7上，短定子永磁體磁鏈通過長動(dòng)子后，進(jìn)入外側(cè) 定子1電樞中，與電樞繞組相交鏈，顯然在內(nèi)側(cè)定子7與長動(dòng)子5相對位置不同時(shí)，電樞繞組2 中交鏈的磁鏈在發(fā)生變化，在電樞線圈繞組2中產(chǎn)生接近正弦的反電動(dòng)勢，因此在電樞線圈 繞組2中通入五相正弦電流后，就會產(chǎn)生相應(yīng)的電磁推力，推動(dòng)長動(dòng)子5在E型非導(dǎo)磁材料管 開口內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
[0050] 如圖3所示的本發(fā)明實(shí)施例2的五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。 本實(shí)施例的永磁體8采用徑向單極性勵(lì)磁方式，與實(shí)施例1 一樣，可將永磁體8按照軸向進(jìn)行 分段，以減小永磁體8中的渦流損耗。如圖4所示的本發(fā)明實(shí)施例3的五相電磁懸架容錯(cuò)永磁 游標(biāo)圓筒電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例的永磁體8采用軸向交替勵(lì)磁方式。如圖5所示的本發(fā) 明實(shí)施例4的五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的永磁體8采用陣 列勵(lì)磁方式，每一對永磁體有兩個(gè)永磁體陣列，每個(gè)永磁體陣列由三塊永磁體組成，中間的 永磁體分別為徑向交替勵(lì)磁，兩側(cè)的永磁體的充磁方向均按軸向方向指向中間的徑向勵(lì)磁 的永磁體。陣列勵(lì)磁方式起到聚磁作用，從而大大增大電機(jī)推力和永磁體的利用效率。
[0051 ]從以上所述可以得知，本發(fā)明電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)將永磁體8從電樞 中獨(dú)立出來，實(shí)現(xiàn)電樞繞組和永磁體8的相互分離，大大提高電機(jī)的空間使用率，既增大電 機(jī)的推力密度，降低電機(jī)推力波動(dòng)，又解決了永磁體8置于定子電樞內(nèi)散熱困難的問題。外 側(cè)定子1鐵芯中引入軸向?qū)挾容^小的容錯(cuò)齒3,在不影響槽面積的情況下，起到了對電機(jī)相 與相之間的物理隔離，實(shí)現(xiàn)了相與相間的電隔離、熱隔離以及磁路解耦，從而達(dá)到很好的容 錯(cuò)性能，使其在對可靠性要求比較高的汽車懸架系統(tǒng)等領(lǐng)域中具有很好的應(yīng)用前景。
[0052]在傳統(tǒng)使用正弦波作為調(diào)制波的載波脈寬調(diào)制(CPWM)方法基礎(chǔ)上，在五相正弦調(diào) 制波中注入(3() = -(11^(出)+1]1；[11(出））/2的零序電壓諧波(出是五相正弦調(diào)制波每一相函數(shù)） 的CPWM方法與五相SVPWM方法能獲得相同的磁鏈控制效果。因此本發(fā)明采用基于注入零序 電壓諧波的CPWM方法進(jìn)行脈寬調(diào)制。
[0053] 五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)由電壓源逆變器供電，該電機(jī)分為A、B、C、D、 E這五相，采用基于零序電壓諧波注入的CPWM技術(shù)的矢量控制策略，零序電流控制為零，控 制框圖見圖6所示。電機(jī)正常狀態(tài)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，各相繞組電流可表示為
[0055] 式中，<分別是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d軸、q軸的電流指令，Θ為電
，v直線 電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)電速度，τ為極距。
[0056] 電機(jī)產(chǎn)生的行波磁動(dòng)勢(MMF)可表示為
[0058] 式中，a = d2V5，N為各相定子繞組的有效匝數(shù)。
[0059] 步驟2,當(dāng)電機(jī)發(fā)生C相和D相短路故障時(shí)，假設(shè)電機(jī)C相和D相僅發(fā)生開路故障，根 據(jù)電機(jī)故障前后行波磁動(dòng)勢不變原則以及剩余非故障相電流之和為零的約束條件，再由不 相鄰兩相B相和E相電流幅值相等作為約束條件，求出C相和D相開路故障后電機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行的 非故障相電流。
[0060] 第一部分，當(dāng)電機(jī)相鄰兩相發(fā)生短路故障時(shí)，假設(shè)C相和D相發(fā)生短路故障。先使用 電機(jī)剩余的非故障相電流補(bǔ)償短路故障相導(dǎo)致這兩相正常推力缺失。假設(shè)C相和D相開路， 其相電流為零，電機(jī)內(nèi)部的行波磁動(dòng)勢由剩余的三相非故障相繞組產(chǎn)生，可表示為
[0062] 為實(shí)現(xiàn)電機(jī)相鄰兩相開路故障后無擾運(yùn)行，需保持電機(jī)故障前后行波磁動(dòng)勢一 致，因此需調(diào)整剩余非故障相定子電流使電機(jī)故障前后行波磁動(dòng)勢的幅值與速度保持不 變。于是，令式(2)、式(3)的實(shí)部與虛部均相等。
[0063] 電機(jī)繞組采用星形連接，且其中心點(diǎn)與直流母線電壓的中心點(diǎn)不相連，因此，繞組 相電流之和為零。以相鄰兩相電流幅值相等為原則優(yōu)化非故障相電流，假設(shè)
[0065]式中，Ib和Ie分別是B相和E相電流幅值。
[0066]由上述約束條件優(yōu)化非故障相電流，得電機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行的相電流指令為
[0073]步驟3,根據(jù)非故障相電流，求取三個(gè)非故障相自然坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系變換 的兩行三列的推廣克拉克變換矩陣TpQSt、三行兩列的逆變換矩陣Γρ=以及轉(zhuǎn)置矩陣2；^。
[0074]根據(jù)式(8)定義兩相靜止坐標(biāo)系到剩余非故障相自然坐標(biāo)系的變換矩陣為
[0076]由于剩余非故障相電流之和為零，式(9)逆變換矩陣為
[0078] 式中，k = 0.386。
[0079] 由于繞組星形連接，其相電流之和為零，因此去掉式(9)第三行和式（10)第三列， 得
[0082]式（12)的轉(zhuǎn)置矩陣為
[0084] 步驟4,使用非故障相電流抑制故障相短路電流導(dǎo)致的推力波動(dòng)，求取用于抑制故 障相短路電流導(dǎo)致推力波動(dòng)的非故障相的短路補(bǔ)償電流(i〃A、i〃B、i〃E)，采用推廣克拉克變 換矩陣T pcist將短路補(bǔ)償電流（1%、匕、匕)變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的短路補(bǔ)償電流(1%、 i%)。
[0085] 由于零序子空間的電流為零，不需要將其變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；基波子空間需 要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，因此將基波子空間的能量轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。因此定義兩相靜止坐 標(biāo)系到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣C 2s/2r及其逆變換矩陣C2r/2s分別為
[0088] 第二部分，在第一部分的基礎(chǔ)上，當(dāng)電機(jī)發(fā)生相短路故障時(shí)，使用非故障相電流抑 制短路相電流導(dǎo)致的推力波動(dòng)。
[0089] 假設(shè)C相的短路電流為isc_c = If c〇S(c〇t-0fC)，D相的短路電流為isc_D = If C〇s(co t_0fD)，其中，If是短路電流的幅值，0fC是C相反電勢和該相短路電流的夾角，0 fD是D相反電 勢和該相短路電流的夾角；ω =jtvA，v直線電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)電速度，τ為極距。
[0090] 定義Α相、Β相和Ε相的補(bǔ)償電流為：
[0092]其中，1纟、7纟^[3、7[3、1￡、7￡分別為非故障相補(bǔ)償電流余弦項(xiàng)和正弦項(xiàng)的幅值。
[0093]根據(jù)非故障相用于抑制故障相短路電流導(dǎo)致推力波動(dòng)的補(bǔ)償電流之和為零、以及 這部分電流和短路故障相電流的合成磁動(dòng)勢為零的原則，求取用于抑制故障相短路電流導(dǎo) 致推力波動(dòng)的非故障相的短路補(bǔ)償電流(i〃 A、i〃B、i〃E)
[0095]使用推廣克拉克變換矩陣Tpcist將非故障相短路補(bǔ)償電流（1%、1%、1%)變換到兩 相靜止坐標(biāo)系上的短路補(bǔ)償電流(i〃a、i〃e)
[0097] 第三部分，電機(jī)相鄰兩相發(fā)生短路故障時(shí)的數(shù)學(xué)模型
[0098] 由于該電機(jī)的相電感的互感相對自感很小，可忽略不計(jì)，假設(shè)相電感近似為常數(shù)， 假設(shè)電機(jī)反電勢為正弦波。反電勢矢量角是由每相繞組在空間的位置決定的，因此反電勢 不能像電流一樣使用本發(fā)明提出的坐標(biāo)變換矩陣。因此，為了實(shí)現(xiàn)該類容錯(cuò)永磁直線電機(jī) 在C相和D相短路故障狀態(tài)下的矢量控制，該電機(jī)短路故障狀態(tài)下在自然坐標(biāo)系下的模型可 表示為
[0100] 式中，UA、UB和UE是電機(jī)非故障相的相電壓；eA、eB、ec、eD和ΘΕ是電機(jī)相反電勢;UAe、 和是電機(jī)非故障相相電壓分別減去各相反電勢后的電壓;R是相電阻。
[0101] 步驟5,采用推廣克拉克變換矩陣Tpcist將在自然坐標(biāo)系下采樣到的剩余三相非故 障相電流（iA、i B、iE)變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的電流(V hi、），并將該電流和短路補(bǔ)償電 流相減得到（ia、ii0,運(yùn)用派克變換矩陣(：2^將（^4)變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上 的電流(id、iq)?；蛘撸瑢⒃谧匀蛔鴺?biāo)系上采樣到的剩余三相非故障相電流(iA、iB、iE)，與用 于抑制短路故障相電流導(dǎo)致推力波動(dòng)的非故障相的短路補(bǔ)償電流（i〃A、i〃B、i〃E)相減得到 (V A、V B、V E)，采用推廣克拉克變換矩陣TPC1S#P派克變換矩陣C2s/2J#( V A、V B、V E)變換到 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的反饋電流(id、iq)。
[0102] 步驟6,建立五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路故障狀態(tài)下在同 步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。
[0103] 將自然坐標(biāo)系上電機(jī)相鄰兩相短路故障模型（19)變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系為
[0105]采用磁共能法，由式(5)-(18)推導(dǎo)出該電機(jī)在相鄰兩相短路故障容錯(cuò)狀態(tài)下推力 方程
[0107]式中，λη為永磁磁鏈。
[0108] 因此，只要在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下控制id、iq就能使本發(fā)明中的五相電磁懸架容錯(cuò)永 磁游標(biāo)圓筒電機(jī)在相鄰兩相短路故障狀態(tài)下輸出期望的推力。
[0109] 第四部分，電機(jī)相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制策略
[0110] 步驟7,設(shè)計(jì)一階慣性前饋電壓補(bǔ)償器，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電流指令(乂、ζ )經(jīng)
「得前饋補(bǔ)償電壓
[0112]電流指令（<、<)和反饋電流（id、iq)的差值經(jīng)電流內(nèi)模控制器
制電壓(UdQ、uqQ)，將該電壓與前饋補(bǔ)償電壓相加得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓指令（《)、< )
[0114] 采用派克逆變換矩陣C2r/2s將該電壓指令（<、《；；)變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的電 壓（"?τ、"/?)。
[0115] 步驟8,采用和C2r/2s&及動(dòng)子永磁磁鏈設(shè)計(jì)反電勢觀測器觀測出非故障相反電 勢（θα、θβ、θε)
[0117]根據(jù)非故障相反電勢(θα、θβ、θε)求出故障相反電勢(ec、eD)
[0119] 步驟9,根據(jù)C相短路電流4 =匕。_。和(：相反電勢ec的關(guān)系、D相短路電流& =匕?！缓? 相反電勢eD的關(guān)系以及短路補(bǔ)償電流的數(shù)學(xué)表達(dá)方式，定義剩余三相非故障相的短路補(bǔ)償 電壓為(U〃A、U〃B、U〃E)S
[0121]采用推廣克拉克變換矩陣Tpcist將(26)變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的短路補(bǔ)償電壓
[0123]兩相靜止坐標(biāo)系上的電壓指令(<、<)與短路補(bǔ)償電壓(u%、!!％)相加得
[0125]步驟10,采用推廣克拉克逆變換矩陣將電壓指令(《Γ、Mf )變換到自然坐標(biāo)系 上的電壓指令（<、》〗、4 )，再和剩余非故障相的各相反電勢(eA、eB、eE)分別相加得到期 望相電壓指令（<、<、<)
[0127]或者，采用推廣克拉克逆變換矩陣將兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓指令（4 ) 變換到自然坐標(biāo)系上的電壓指令（<、<、<)，然后和剩余三相非故障相的短路補(bǔ)償電 壓(U〃 A、u〃B、u〃E)相加，最后再和剩余非故障相的各相反電勢(eA、 eB、eE)分別相加得到期望 相電壓指令
[0129] 步驟11，將步驟10所得到的期望相電壓指令(《了、〃經(jīng)電壓源逆變器，采 用CPWM調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路故障后的容錯(cuò)矢 量無擾運(yùn)行。
[0130] 式（29)或式（30)期望相電壓經(jīng)電壓源逆變器采用基于零序電壓諧波注入的CPWM 調(diào)制實(shí)現(xiàn)五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)C相和D相短路故障情況下的無擾容錯(cuò)運(yùn)行。 本發(fā)明提出的高性能相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制策略如圖7和圖8所示。
[0131] 當(dāng)其它相鄰兩相發(fā)生短路故障時(shí)，只需將自然坐標(biāo)系逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 3、4;C相和D相故障時(shí)，k = 0;D相和E相故障時(shí)，k=l;E相和A相故障時(shí)，k = 2;A相和B相故障 時(shí)，k = 3; B相和C相故障時(shí)，k = 4))電角度，此時(shí)派克變換矩陣及其逆變換矩陣分別為

[0134] 按圖6和圖7或圖8在Mat lab/Simul ink中建立圖1所示五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo) 圓筒電機(jī)的控制系統(tǒng)仿真模型，進(jìn)行系統(tǒng)仿真，得五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相 鄰兩相短路故障容錯(cuò)矢量控制仿真結(jié)果。
[0135] 圖9是C相和D相短路故障下相電流波形，0.1s短路故障發(fā)生，電流波形發(fā)生畸變， 0.2s施加本發(fā)明容錯(cuò)矢量控制策略，電流正弦度改善。圖10是C相和D相短路故障下推力波 形，0.1s時(shí)短路故障發(fā)生，電機(jī)輸出推力波動(dòng)明顯，0.2s施加本發(fā)明短路容錯(cuò)矢量控制策 略，電機(jī)輸出推力脈動(dòng)得到明顯抑制，幾乎沒有脈動(dòng)。圖11是電機(jī)正常運(yùn)行過程中推力指令 發(fā)生階躍變化時(shí)電機(jī)輸出推力響應(yīng)，推力響應(yīng)時(shí)間為0.2ms。圖12是電機(jī)C相和D相發(fā)生短路 故障情況下施加本發(fā)明短路容錯(cuò)矢量控制策略后推力指令發(fā)生階躍變化時(shí)電機(jī)輸出推力 響應(yīng)，電機(jī)推力響應(yīng)時(shí)間也是0.3ms。因此，本發(fā)明五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相 鄰兩相短路故障容錯(cuò)矢量策略能使電機(jī)具有正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。另外，電 流跟隨性能好，實(shí)現(xiàn)了無擾容錯(cuò)運(yùn)行。
[0136] 從以上所述可知，本發(fā)明用于五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路 容錯(cuò)矢量控制策略在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)允許最大電流情況下，不但能保證相鄰兩相短路故障時(shí) 電機(jī)輸出推力和正常狀態(tài)下一致，而且能明顯抑制電機(jī)相鄰兩相短路故障后的推力波動(dòng)， 更為關(guān)鍵的是具有和故障前相近的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能和電流跟隨精度，且適合任何相鄰 兩相發(fā)生短路故障的情況，通用性強(qiáng)，無需復(fù)雜計(jì)算，CPU開銷小，電流調(diào)節(jié)器參數(shù)整定簡 單。因此，本發(fā)明在電磁主動(dòng)懸架系統(tǒng)等對運(yùn)行可靠性要求高的系統(tǒng)中擁有很好的應(yīng)用前 景。
[0137] 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但實(shí)施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不 脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，均屬于本申請所附權(quán)利要求所 限定的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制方法，其特征在 于，包括以下步驟： 步驟1，建立五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)模型； 步驟2,五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)分為A、B、C、D、E這五相，當(dāng)電機(jī)發(fā)生C相和 D相短路故障時(shí)，假設(shè)電機(jī)C相和D相僅發(fā)生開路故障，根據(jù)電機(jī)故障前后行波磁動(dòng)勢不變原 則以及剩余非故障相電流之和為零的約束條件，再由不相鄰兩相B相和E相電流幅值相等作 為約束條件，求出C相和D相開路故障后電機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行的非故障相電流；式中，ζ、ζ分別是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸、q軸的電流指令，Θ為電角， V直線電 機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)電速度，τ為極距； 步驟3,根據(jù)非故障相電流，求取三個(gè)非故障相自然坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系變換的兩 行三列的推廣克拉克變換矩陣Tpcist、三行兩列的逆變換矩陣以及轉(zhuǎn)置矩陣2；^步驟4,使用非故障相電流抑制故障相短路電流導(dǎo)致的推力波動(dòng)，求取用于抑制故障相 短路電流導(dǎo)致推力波動(dòng)的非故障相的短路補(bǔ)償電流(1%、1'、1%)，采用推廣克拉克變換矩 陣Tpcist將短路補(bǔ)償電流(1%、^6)變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的短路補(bǔ)償電流(1%、6); 步驟5,采用推廣克拉克變換矩陣Tpcist將在自然坐標(biāo)系下采樣到的剩余三相非故障相電 流(iA、iB、iE)變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的電流(iWe)，并將該電流和步驟4中獲得的電流 Κ?)相減得到（ia、iiO,運(yùn)用派克變換矩陣C 2SZ2W(Lie)變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的 電流(id、iq); 或步驟5,將在自然坐標(biāo)系上采樣到的剩余三相非故障相電流（iA、iB、iE)，與非故障相 的短路補(bǔ)償電流(i〃A、i〃B、i〃E)相減得到（1%、1%、1、），采用推廣克拉克變換矩陣!\ )_和派 克變換矩陣C2SZ2^V a、V b、i~)變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的反饋電流(id、iq); 步驟6,建立五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路故障狀態(tài)下在同步旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型； 步驟7,設(shè)計(jì)一階慣性前饋電壓補(bǔ)償器，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電流指令(/,)、<)經(jīng)一階 十貫十生環(huán)謝導(dǎo)前$貴彬嘗電壓，電'流指和反$貴電'流（id、iq)的 差值經(jīng)電流內(nèi)?？刂破魅杩刂齐妷海║dQ、uqQ )，將該電壓與前饋補(bǔ)償電壓 (?Γ' <"）相加得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓指令（《】、<)，采用派克逆變換矩陣 C2r/2s將該電壓指令變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的電壓(<、％ ); 步驟8,采用I；'=和C2r/2s以及動(dòng)子永磁磁鏈設(shè)計(jì)反電勢觀測器觀測出非故障相反電勢 (θα、θβ、θε)根據(jù)非故障相反電勢(64、68^)求出故障相反電勢(6(；、60)步驟9，為確保電機(jī)輸出用于抑制短路電流導(dǎo)致推力波動(dòng)的非故障相的短路補(bǔ)償電流 (i〃A、i〃B、i〃E)，根據(jù)C相短路電流iczisc^c和C相反電勢ec的關(guān)系、D相短路電流iD=iscu)和D 相反電勢eD的關(guān)系以及彳當(dāng)由、流棄達(dá)方式，定義剩余三相非故障相的短路補(bǔ)償 電壓為(u〃A、u〃B、u〃EW?采用推廣克拉克變換矩陣Tpcist將所述短路 補(bǔ)償電壓變換到兩相靜止坐標(biāo)系上的短路補(bǔ)償電壓步驟10,將兩相靜止坐標(biāo)系上的電壓指令（《1、4 )與短路補(bǔ)償電壓(U%、!!％)相加得:，采用推廣克拉克逆變換矩陣將電壓指令變換到自然坐標(biāo)系上的電壓指4 再和剩余非故障相的各相反電勢(eA、eB、eE)分別相 加得到期望相電壓指4 ； 或步驟10,采用推廣克拉克逆變換矩陣將兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓指令（^、< ) 變換到自然坐標(biāo)系上的電壓指令（<、<、《〗），然后和剩余三相非故障相的短路補(bǔ)償電 壓(U〃 A、u〃B、u〃E)相加，最后再和剩余非故障相的各相反電勢(eA、 eB、eE)分別相加得到期望 相電壓指令(<、《Γ、O 步驟11，將步驟10所得到的期望相電壓指令(〃了、經(jīng)電壓源逆變器，采用CPffM 調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)五相電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路故障后的容錯(cuò)矢量無擾 運(yùn)行。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制方 法，其特征在于，所述步驟4的具體過程為： 步驟4.1，假設(shè)C相的短路電流為isc；_c=IfC〇s( ω t-0fC)，D相的短路電流為!Uc^D=IfCos (ω t_0fD)，其中，If是短路電流的幅值，0fC是C相反電勢和該相短路電流的夾角，0 fD是D相反 電勢和該相短路電流的夾角；ω =JivA,V直線電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)電速度，τ為極距； 步驟4.2,根據(jù)非故障相用于抑制故障相短路電流導(dǎo)致推力波動(dòng)的補(bǔ)償電流之和為零、 以及這部分電流和短路故障相電流的合成磁動(dòng)勢為零的原則，求取非故障相的短路補(bǔ)償電 流(i"A、i"B、i"E)步驟4.3，使用推廣克拉克變換矩陣1\)_將非故障相補(bǔ)償電流(1%、1%、1~)變換到兩相 靜止坐標(biāo)系上的短路補(bǔ)償電流(?〃α、?〃?Ο3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制方 法，其特征在于，所述步驟6的具體過程為： 步驟6.1，本發(fā)明相電感近似為常數(shù)Ls，電機(jī)相電壓減去反電勢后，電機(jī)C相和D相短路故 障后在自然坐標(biāo)系上的模型表示為B：中，ua、ub和UE是電機(jī)非故障相的相電壓；eA、eB、ec、eD和eE是電機(jī)相反電勢；UAe、UB e和 Ife是電機(jī)非故障相相電壓分別減去各相反電勢后的電壓;R是相電阻。 步驟6.2，按步驟5對非故障相電流進(jìn)行處理，然后采用推廣克拉克坐標(biāo)變換矩陣Tpcist和 派克變換(^心將自然坐標(biāo)系上的電機(jī)相鄰兩相短路故障模型變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上步驟6.3，采用磁共能法，由變換矩陣1\^、7；:!(、(：2^和(^/28推導(dǎo)出該電機(jī)在相鄰兩相 短路故障容錯(cuò)狀態(tài)下的推力方程式中，Am為水磁磁鏈。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電磁懸架容錯(cuò)永磁游標(biāo)圓筒電機(jī)相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制方 法，其特征在于，所述相鄰兩相短路容錯(cuò)矢量控制方法還適用于五相容錯(cuò)永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)控 制系統(tǒng)。
【文檔編號】H02P29/028GK106026839SQ201610591196
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月26日
【發(fā)明人】周華偉, 劉國海, 趙文祥, 陳前, 徐亮, 陳龍
【申請人】江蘇大學(xué)