一種失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括失磁故障檢測模塊，根據(jù)永磁同步電機(jī)的角度信息、d軸和q軸電壓及反饋電流實(shí)時(shí)檢測永磁同步電機(jī)的磁鏈信號；容錯(cuò)控制模塊，根據(jù)磁鏈信號和預(yù)定算法生成補(bǔ)償電流來對永磁同步電機(jī)的氣隙磁通進(jìn)行微調(diào)，以使得在永磁同步電機(jī)發(fā)生失磁故障時(shí)進(jìn)行容錯(cuò)控制。本發(fā)明可以解決永磁同步電機(jī)的失磁故障。
【專利說明】
一種失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，尤其涉及一種失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)具有高效率、高控制精度、轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)及振動噪聲低等優(yōu)點(diǎn)， 在許多領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。
[0003] 但同時(shí)，永磁電機(jī)內(nèi)的永磁體容易產(chǎn)生退磁，使電機(jī)的勵(lì)磁電動勢降低，輸出轉(zhuǎn)矩 下降，甚至使電機(jī)不能正常工作，嚴(yán)重制約了永磁電機(jī)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。
[0004] 因此，失磁故障的檢測和容錯(cuò)控制在永磁同步電機(jī)中有著至關(guān)重要的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決以上問題，本發(fā)明提供了一種失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)及方法，用于解決永 磁同步電機(jī)的失磁故障。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)，包括：
[0007] 失磁故障檢測模塊，根據(jù)永磁同步電機(jī)的角度信息、d軸和q軸電壓及反饋電流實(shí) 時(shí)檢測永磁同步電機(jī)的磁鏈信號；
[0008] 容錯(cuò)控制模塊，根據(jù)磁鏈信號和預(yù)定算法生成補(bǔ)償電流來對永磁同步電機(jī)的氣隙 磁通進(jìn)行微調(diào)，以使得在永磁同步電機(jī)發(fā)生失磁故障時(shí)進(jìn)行容錯(cuò)控制。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)還包括電壓空間矢量PWM控制模塊和三相逆 變器，其中，
[0010] 電壓空間矢量PWM控制模塊，分別與所述容錯(cuò)控制模塊和所述三相逆變器連接，根 據(jù)容錯(cuò)控制模塊輸出的d軸和q軸電壓產(chǎn)生PWM調(diào)制波，從而控制所述三相逆變器產(chǎn)生用于 驅(qū)動永磁同步電機(jī)的三相驅(qū)動電流。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)還包括分別與所述失磁故障檢測模塊和所述 容錯(cuò)控制模塊連接的坐標(biāo)變換模塊，用于根據(jù)永磁同步電機(jī)的輸入電流和旋轉(zhuǎn)角度信息產(chǎn) 生d軸和q軸反饋電流，以輸出給所述失磁故障檢測模塊和所述容錯(cuò)控制模塊。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)還包括與所述坐標(biāo)變換模塊連接的電流傳感 器，用于將永磁同步電機(jī)的輸入電流反饋至所述坐標(biāo)變換模塊。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)還包括與所述坐標(biāo)變換模塊連接的位置傳感 器，用于將永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度信息反饋至所述坐標(biāo)變換模塊。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)還包括與所述位置傳感器和所述失磁故障檢 測模塊連接的微分器，用于將永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度信息處理為角速度信息后輸出 給所述失磁故障檢測模塊。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述容錯(cuò)控制模塊進(jìn)一步包括：
[0016] 容錯(cuò)控制單元，根據(jù)所述失磁故障檢測模塊輸出的磁鏈信號和預(yù)定算法產(chǎn)生補(bǔ)償 電流；
[0017] 第一 PI調(diào)節(jié)單元，根據(jù)給定轉(zhuǎn)速和反饋轉(zhuǎn)速得到電流矢量；
[0018] 最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元，將所述電流矢量按照預(yù)定算法產(chǎn)生q軸電流<以及與補(bǔ) 償電流疊加的d軸電流? ;
[0019] 第二PI調(diào)節(jié)單元，用于將q軸電流<生成對應(yīng)的電壓并輸出給所述電壓空間矢量 PWM控制模塊和反饋給所述失磁故障檢測模塊；
[0020] 第三PI調(diào)節(jié)單元，用于將與補(bǔ)償電流疊加后的d軸電流^生成對應(yīng)的電壓并輸出給 所述電壓空間矢量PWM控制模塊和反饋給所述失磁故障檢測模塊。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述容錯(cuò)控制模塊還包括與所述最大轉(zhuǎn)矩電流比控制 單元、所述第二ΡΙ調(diào)節(jié)單元和所述第三ΡΙ調(diào)節(jié)單元連接的定子電流限幅單元，用于限制輸 出給永磁同步電機(jī)的定子電流超過極限值。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述容錯(cuò)控制單元進(jìn)一步包括：
[0023]上位機(jī)，用于給定永磁同步電機(jī)正常工作情況下的氣隙磁通信號；
[0024]氣隙磁通計(jì)算模塊，與所述失磁故障檢測模塊連接，根據(jù)所述失磁故障檢測模塊 輸出的磁鏈信號和預(yù)定算法來獲取實(shí)際氣隙磁通信號；
[0025] 失磁故障判斷模塊，與所述氣隙磁通計(jì)算模塊和上位機(jī)連接，用于將所述氣隙磁 通計(jì)算模塊輸出的實(shí)際氣隙磁通信號與上位機(jī)給定的氣隙磁通信號比較，以判斷永磁同步 電機(jī)的失磁情況；
[0026] 氣隙磁通處理器，與所述失磁故障判斷模塊連接，用于接收實(shí)際氣隙磁通信號和 上位機(jī)給定的氣隙磁通信號，并將兩者的差值作為微調(diào)信號輸出；
[0027] 氣隙磁通調(diào)節(jié)器，與所述氣隙磁通處理器連接，根據(jù)微調(diào)信號及預(yù)設(shè)運(yùn)算法則生 成補(bǔ)償電流以與所述最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元輸出的d軸電流^進(jìn)行疊加處理。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種失磁故障容錯(cuò)控制方法，包括，
[0029] 實(shí)時(shí)檢測永磁同步電機(jī)的磁鏈信號；
[0030] 根據(jù)實(shí)時(shí)檢測的磁鏈信號，計(jì)算永磁同步電機(jī)的氣隙磁通；
[0031] 將實(shí)際的氣隙磁通與給定的氣隙磁通比較，判斷永磁同步電機(jī)的失磁情況；
[0032] 根據(jù)計(jì)算的氣隙磁通和給定的氣隙磁通做差值，并將該差值作為微調(diào)信號，其中， 當(dāng)微調(diào)信號為零時(shí)，采用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制策略對永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制；當(dāng)微調(diào)信號 不為零時(shí)，根據(jù)微調(diào)信號及預(yù)設(shè)運(yùn)算法則生成補(bǔ)償電流來對永磁同步電機(jī)的氣隙磁通進(jìn)行 微調(diào)，從而使故障電機(jī)的氣隙磁通維持在正常值。
[0033]本發(fā)明的有益效果：
[0034] 本發(fā)明通過磁通信號產(chǎn)生補(bǔ)償電流，通過利用補(bǔ)償電流對永磁同步電機(jī)的氣隙磁 通進(jìn)行微調(diào)，使得故障電機(jī)仍能穩(wěn)定運(yùn)行，性能指標(biāo)維持在一定的容許范圍內(nèi)，從而有效解 決了永磁電機(jī)內(nèi)永磁體退磁問題。
[0035] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利 要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要的 附圖做簡單的介紹：
[0037] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一種失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的容錯(cuò)控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0039] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的失磁故障容錯(cuò)控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明 的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0041] 為了保證永磁同步電機(jī)的安全性和可靠性，在永磁同步電機(jī)工作的過程中，需要 實(shí)時(shí)對其磁鏈狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并在永磁同步電機(jī)出現(xiàn)失磁故障的情況下，能夠及時(shí)的對失 磁故障進(jìn)行容錯(cuò)控制。
[0042]容錯(cuò)控制的目的是使故障牽引系統(tǒng)在失磁的情況下仍能維持穩(wěn)定運(yùn)行，并使性能 指標(biāo)維持在一定容許范圍內(nèi)。由于永磁電機(jī)內(nèi)永磁體退磁，會導(dǎo)致電機(jī)的氣隙磁通發(fā)生改 變。因此，要實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制的關(guān)鍵問題就是，在電流約束條件下如何調(diào)整交直軸電流分配關(guān) 系來使故障電機(jī)的氣隙磁通維持在正常值。
[0043] 如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，以 下參考圖1來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0044] 如圖1所示，該失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)包括失磁故障檢測模塊和容錯(cuò)控制模塊。其 中，失磁故障檢測模塊根據(jù)永磁同步電機(jī)的角度信息、d軸和q軸電壓及反饋電流實(shí)時(shí)檢測 永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子永磁體的磁鏈信號；容錯(cuò)控制模塊與失磁故障檢測模塊連接，根據(jù)失磁 故障檢測模塊輸出的實(shí)際磁鏈信號和預(yù)定算法生成補(bǔ)償電流來對永磁同步電機(jī)的氣隙磁 通進(jìn)行微調(diào)，以使得在永磁同步電機(jī)發(fā)生失磁故障時(shí)進(jìn)行容錯(cuò)控制，減少失磁故障給牽引 系統(tǒng)帶來的影響。
[0045] 在本發(fā)明中，當(dāng)永磁同步電機(jī)發(fā)生失磁故障時(shí)，容錯(cuò)控制模塊根據(jù)失磁故障檢測 模塊提供的磁鏈信號和預(yù)先設(shè)定的算法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，通過補(bǔ)償電流對永磁同步電機(jī)的氣 隙磁通進(jìn)行微調(diào)，使得故障電機(jī)仍能穩(wěn)定運(yùn)行，性能指標(biāo)維持在一定的容許范圍內(nèi)，從而有 效解決了永磁電機(jī)內(nèi)永磁體退磁問題。
[0046] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括電壓空間矢量PWM控制模塊和三相逆變 器，其中，電壓空間矢量PWM控制模塊分別與容錯(cuò)控制模塊和三相逆變器連接，用以根據(jù)容 錯(cuò)控制模塊輸出的d和q軸電壓u d、uq產(chǎn)生P麗調(diào)制波來控制三相逆變器，該三相逆變器將產(chǎn) 生三相驅(qū)動電流來驅(qū)動永磁同步電機(jī)。
[0047] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括分別與失磁故障檢測模塊和容錯(cuò)控制模 塊連接的坐標(biāo)變換模塊，用于根據(jù)永磁同步電機(jī)的輸入反饋電流和旋轉(zhuǎn)角度信息產(chǎn)生d和q 軸反饋電流，并輸出給失磁故障檢測模塊和容錯(cuò)控制模塊。
[0048] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括與坐標(biāo)變換模塊連接的電流傳感器，用 于將永磁同步電機(jī)的三相輸入電流反饋至坐標(biāo)變換模塊。
[0049] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括與坐標(biāo)變換模塊連接的位置傳感器，用 于將永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度信息反饋至坐標(biāo)變換模塊。
[0050] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括與位置傳感器和失磁故障檢測模塊連接 的微分器，用于將永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度信息處理為角速度信息后輸出給失磁故障 檢測模塊。
[0051] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該容錯(cuò)控制模塊進(jìn)一步包括容錯(cuò)控制單元、第一 PI調(diào) 節(jié)單元、最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元、第二PI調(diào)節(jié)單元和第三PI調(diào)節(jié)單元。其中，容錯(cuò)控制單 元根據(jù)失磁故障檢測模塊輸出的磁鏈信號產(chǎn)生補(bǔ)償電流;第一 PI調(diào)節(jié)單元根據(jù)給定轉(zhuǎn)速和 反饋轉(zhuǎn)速得到電流矢量;最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元將電流矢量按照預(yù)定算法產(chǎn)生q軸電流< 以及與補(bǔ)償電流疊加的d軸電流第二PI調(diào)節(jié)單元用于將q軸電流<生成對應(yīng)的電壓并輸出 給所述電壓空間矢量PWM控制模塊和反饋給失磁故障檢測模塊;第三PI調(diào)節(jié)單元用于將與 補(bǔ)償電流疊加的d軸電流ζ生成對應(yīng)的電壓并輸出給電壓空間矢量PWM控制模塊和反饋給失 磁故障檢測模塊。
[0052] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，容錯(cuò)控制模塊還包括與最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元、第 二ΡI調(diào)節(jié)單元和第三ΡI調(diào)節(jié)單元連接的定子電流限幅單元，用于限制輸出給永磁同步電機(jī) 的定子電流超過極限值。
[0053] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該容錯(cuò)控制單元進(jìn)一步包括上位機(jī)、氣隙磁通計(jì)算模 塊、失磁故障判斷模塊、氣隙磁通處理器和氣隙磁通調(diào)節(jié)器。其中，上位機(jī)用于給定永磁同 步電機(jī)正常工作情況下的氣隙磁通信號；氣隙磁通計(jì)算模塊與失磁故障檢測模塊連接，根 據(jù)失磁故障檢測模塊輸出的磁鏈信號和預(yù)定算法來獲取實(shí)際氣隙磁通信號;失磁故障判斷 模塊與氣隙磁通計(jì)算模塊和上位機(jī)連接，用于將氣隙磁通計(jì)算模塊輸出的實(shí)際氣隙磁通信 號與上位機(jī)給定的氣隙磁通信號比較，以判斷永磁同步電機(jī)的失磁情況;氣隙磁通處理器 與失磁故障判斷模塊連接，用于接收實(shí)際氣隙磁通信號和上位機(jī)給定的氣隙磁通信號，并 將兩者的差值作為微調(diào)信號輸出；氣隙磁通調(diào)節(jié)器與氣隙磁通處理器連接，根據(jù)微調(diào)信號 及預(yù)設(shè)運(yùn)算法則生成補(bǔ)償電流以與最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元輸出的d軸電流/；；進(jìn)行疊加處 理。
[0054] 如圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其 中，失磁故障檢測模塊(2)與容錯(cuò)控制模塊（1)相連，電壓空間矢量PWM控制模塊(3)與三相 逆變器(4)相連，電壓空間矢量PWM控制模塊(3)以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制三相逆變器 (4)的工作。位置傳感器(7)與永磁同步電機(jī)和坐標(biāo)變換模塊(5)相連，用于獲取永磁同步電 機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度，并將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度輸入坐標(biāo)變換模塊(5)。電流傳感器(6)與永磁同步電 機(jī)和坐標(biāo)變換模塊(5)相連，用于根據(jù)三相交流電源獲取三相交流電源反饋電流，并將反饋 電流輸入坐標(biāo)變換模塊(5)。坐標(biāo)變換模塊(5)與容錯(cuò)控制模塊(1)相連，用于將電流傳感器 獲取的三相交流電源反饋電流i a、ib、i。轉(zhuǎn)換為d和q軸電流，并將d和q軸電流輸入容錯(cuò)控制 模塊(1)。以上所有模塊連接后，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0055] 在該系統(tǒng)工作時(shí)，失磁故障檢測模塊(2)用于檢測永磁同步電機(jī)PMSM轉(zhuǎn)子永磁體 的磁鏈情況，將檢測的磁鏈信號輸入到容錯(cuò)控制模塊（1)。在永磁同步電機(jī)發(fā)生失磁故障 時(shí)，容錯(cuò)控制單元內(nèi)將會產(chǎn)生補(bǔ)償電流，用于對電機(jī)氣隙磁通的微調(diào)，以減少失磁故障給牽 引系統(tǒng)帶來的影響。
[0056] 具體的，容錯(cuò)控制模塊(1)根據(jù)失磁故障檢測模塊(2)輸出的磁鏈信號化和坐標(biāo)變 換模塊(5)輸出的d和q軸反饋電流信號id、iq來獲得相應(yīng)的電壓信號Ud、Uq。電壓信號Ud、Uq再 經(jīng)過電壓空間矢量PWM控制模塊(3)來達(dá)到控制永磁同步電機(jī)的目的。坐標(biāo)變換模塊(5)根 據(jù)位置傳感器⑴輸出的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度信號Θ和電流傳感器(6)輸出的反饋電流 獲得d和q軸反饋電流信號id、iq，從而形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0057] 如圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的容錯(cuò)控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖，該容錯(cuò)控制 模塊包括容錯(cuò)控制單元、第一 PI調(diào)節(jié)單元、最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元、第二PI調(diào)節(jié)單元、第 三PI調(diào)節(jié)單元和定子電流限幅單元。容錯(cuò)控制單元進(jìn)一步包括上位機(jī)（14)、氣隙磁通計(jì)算 模塊(10)、失磁故障判斷模塊(11)、氣隙磁通處理器(12)和氣隙磁通調(diào)節(jié)器(13)。
[0058]氣隙磁通計(jì)算模塊（10)與失磁故障檢測模塊(2)和失磁故障判斷模塊（11)相連， 用于根據(jù)失磁故障檢測模塊(2)輸出的磁鏈信號來計(jì)算電機(jī)的氣隙磁通，并將獲得的電機(jī) 氣隙磁通輸出給失磁故障判斷模塊（11)。失磁故障判斷模塊(11)與氣隙磁通處理器（12)和 上位機(jī)（14)相連，用于判斷氣隙磁通計(jì)算模塊(11)輸出的電機(jī)氣隙磁通與上位機(jī)給定的正 常情況的電機(jī)氣隙磁通是否相等。當(dāng)兩者相等，則沒有發(fā)生失磁故障。反之，則發(fā)生了失磁 故障。
[0059]氣隙磁通處理器（12)與失磁故障判斷模塊（11)相連，用于對氣隙磁通計(jì)算模塊 (10)輸出的電機(jī)氣隙磁通與上位機(jī)給定的正常情況的電機(jī)氣隙磁通做差值處理，并將氣隙 磁通差值輸出給氣隙磁通調(diào)節(jié)器（13)。當(dāng)氣隙磁通差值不為零時(shí)，則電機(jī)發(fā)生了失磁故障， 氣隙磁通調(diào)節(jié)器(13)將按照預(yù)先定義的算法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，來使故障情況下的氣隙磁通值 維持在正常值，從而使故障電機(jī)的性能指標(biāo)維持在一定容許范圍內(nèi)；當(dāng)氣隙磁通差值為零 時(shí)，則電機(jī)沒有發(fā)生失磁故障，氣隙磁通調(diào)節(jié)器(13)輸出的補(bǔ)償電流為零。
[0060]最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元(8)根據(jù)位置傳感器(7)輸出的反饋角度信息和預(yù)定角 度信息，按照預(yù)先定義的算法產(chǎn)生d和q軸電流C、《。當(dāng)電機(jī)發(fā)生失磁故障時(shí)，氣隙磁通調(diào) 節(jié)器（13)輸出的補(bǔ)償電流△ id與最大轉(zhuǎn)矩電流比控制模塊產(chǎn)生的電流4相疊加，疊加后的 值作為d軸電流。定子電流限幅單元(9)，用于限制容錯(cuò)控制情況下的定子電流超過極限值。 當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，氣隙磁通調(diào)節(jié)器（13)輸出的補(bǔ)償電流Aid為零，電機(jī)按照最大轉(zhuǎn)矩電 流比控制策略運(yùn)行。
[0061 ]優(yōu)選的，當(dāng)永磁同步電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，容錯(cuò)控制模塊（1)中的氣隙磁通調(diào)節(jié)器（13) 輸出的補(bǔ)償電流為零；當(dāng)永磁同步電機(jī)發(fā)生失磁故障時(shí)，容錯(cuò)控制模塊中的氣隙磁通調(diào)節(jié) 器（13)輸出的補(bǔ)償電流不為零，利用其輸出的補(bǔ)償電流來對故障電機(jī)氣隙磁通進(jìn)行微調(diào)， 從而使故障電機(jī)的性能指標(biāo)維持在一定容許范圍內(nèi)。顯然，通過氣隙磁通調(diào)節(jié)器（13)輸出 的補(bǔ)償電流可以使故障電機(jī)的性能指標(biāo)維持在一定容許范圍內(nèi)。
[0062] 具體的，首先通過失磁故障檢測模塊(2)檢測出電機(jī)實(shí)際磁鏈，然后通過氣隙磁通 計(jì)算模塊(10)，按照預(yù)先定義的算法計(jì)算出電機(jī)的氣隙磁通。當(dāng)電機(jī)沒有發(fā)生失磁故障時(shí)， 按最大轉(zhuǎn)矩電流比控制，將給定轉(zhuǎn)速和反饋轉(zhuǎn)速的靜差，通過第一PI調(diào)節(jié)單元后得到電流 矢量，然后根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元(8)中預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)矩電流關(guān)系算出d、q軸電流分 量給定值4、《。此時(shí)，氣隙磁通調(diào)節(jié)器(13)輸出的補(bǔ)償電流為零。
[0063] 當(dāng)電機(jī)發(fā)生失磁故障時(shí)，需進(jìn)行容錯(cuò)控制，將正常情況下的氣隙磁通和實(shí)際反饋 氣隙磁通的偏差，通過氣隙磁通調(diào)節(jié)器（13)后得到補(bǔ)償電流，將它與最大轉(zhuǎn)矩電流比控制 單元(8)輸出來的d軸電流分量相疊加，得容錯(cuò)控制下d軸電流給定量。
[0064] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種失磁故障容錯(cuò)控制方法，具體包括如圖3 所示的幾個(gè)步驟。首先，實(shí)時(shí)檢測永磁同步電機(jī)的磁鏈信號;根據(jù)實(shí)時(shí)檢測的磁鏈信號，計(jì) 算永磁同步電機(jī)的氣隙磁通;將實(shí)際的氣隙磁通與給定的氣隙磁通信號比較，從而判斷永 磁同步電機(jī)的失磁情況;根據(jù)計(jì)算的氣隙磁通信號和給定的氣隙磁通信號做差值，并將該 差值作為微調(diào)信號；當(dāng)永磁同步電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，容錯(cuò)控制單元中的磁通處理器輸出的微 調(diào)信號為零，且磁通調(diào)節(jié)器輸出的補(bǔ)償電流信號為零，采用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制策略對永 磁同步電機(jī)進(jìn)行控制；當(dāng)永磁同步電機(jī)發(fā)生失磁故障時(shí)，容錯(cuò)控制單元中的磁通處理器輸 出的微調(diào)信號不為零，磁通調(diào)節(jié)器輸出的補(bǔ)償電流信號亦不為零，根據(jù)微調(diào)信號及預(yù)設(shè)運(yùn) 算法則生成補(bǔ)償電流來對永磁同步電機(jī)的氣隙磁通進(jìn)行微調(diào)，來使故障電機(jī)的性能指標(biāo)維 持在一定的容許范圍內(nèi)。
[0065] 雖然本發(fā)明所公開的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采 用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本 發(fā)明所公開的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化， 但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種失磁故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)，包括： 失磁故障檢測模塊，根據(jù)永磁同步電機(jī)的角度信息、d軸和q軸電壓及反饋電流實(shí)時(shí)檢 測永磁同步電機(jī)的磁鏈信號； 容錯(cuò)控制模塊，根據(jù)磁鏈信號和預(yù)定算法生成補(bǔ)償電流來對永磁同步電機(jī)的氣隙磁通 進(jìn)行微調(diào)，以使得在永磁同步電機(jī)發(fā)生失磁故障時(shí)進(jìn)行容錯(cuò)控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括電壓空間矢量PWM控制模 塊和三相逆變器，其中， 電壓空間矢量PWM控制模塊，分別與所述容錯(cuò)控制模塊和所述三相逆變器連接，根據(jù)容 錯(cuò)控制模塊輸出的d軸和q軸電壓產(chǎn)生PWM調(diào)制波，從而控制所述三相逆變器產(chǎn)生用于驅(qū)動 永磁同步電機(jī)的三相驅(qū)動電流。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括分別與所述失磁故障 檢測模塊和所述容錯(cuò)控制模塊連接的坐標(biāo)變換模塊，用于根據(jù)永磁同步電機(jī)的輸入電流和 旋轉(zhuǎn)角度信息產(chǎn)生d軸和q軸反饋電流，以輸出給所述失磁故障檢測模塊和所述容錯(cuò)控制模 塊。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括與所述坐標(biāo)變換模塊連接 的電流傳感器，用于將永磁同步電機(jī)的輸入電流反饋至所述坐標(biāo)變換模塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括與所述坐標(biāo)變換模塊連接 的位置傳感器，用于將永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度信息反饋至所述坐標(biāo)變換模塊。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括與所述位置傳感器和所述 失磁故障檢測模塊連接的微分器，用于將永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度信息處理為角速度 信息后輸出給所述失磁故障檢測模塊。7. 根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述容錯(cuò)控制模塊進(jìn)一步包 括： 容錯(cuò)控制單元，根據(jù)所述失磁故障檢測模塊輸出的磁鏈信號和預(yù)定算法產(chǎn)生補(bǔ)償電 流； 第一PI調(diào)節(jié)單元，根據(jù)給定轉(zhuǎn)速和反饋轉(zhuǎn)速得到電流矢量； 最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元，將所述電流矢量按照預(yù)定算法產(chǎn)生q軸電流（以及與補(bǔ)償電 流疊加的d軸電流 第二PI調(diào)節(jié)單元，用于將q軸電流（生成對應(yīng)的電壓并輸出給所述電壓空間矢量PWM控 制模塊和反饋給所述失磁故障檢測模塊； 第三PI調(diào)節(jié)單元，用于將與補(bǔ)償電流疊加后的d軸電流生成對應(yīng)的電壓并輸出給所述 電壓空間矢量PWM控制模塊和反饋給所述失磁故障檢測模塊。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述容錯(cuò)控制模塊還包括與所述最大轉(zhuǎn)矩 電流比控制單元、所述第二PI調(diào)節(jié)單元和所述第三PI調(diào)節(jié)單元連接的定子電流限幅單元， 用于限制輸出給永磁同步電機(jī)的定子電流超過極限值。9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述容錯(cuò)控制單元進(jìn)一步包括： 上位機(jī)，用于給定永磁同步電機(jī)正常工作情況下的氣隙磁通信號； 氣隙磁通計(jì)算模塊，與所述失磁故障檢測模塊連接，根據(jù)所述失磁故障檢測模塊輸出 的磁鏈信號和預(yù)定算法來獲取實(shí)際氣隙磁通信號； 失磁故障判斷模塊，與所述氣隙磁通計(jì)算模塊和上位機(jī)連接，用于將所述氣隙磁通計(jì) 算模塊輸出的實(shí)際氣隙磁通信號與上位機(jī)給定的氣隙磁通信號比較，以判斷永磁同步電機(jī) 的失磁情況； 氣隙磁通處理器，與所述失磁故障判斷模塊連接，用于接收實(shí)際氣隙磁通信號和上位 機(jī)給定的氣隙磁通信號，并將兩者的差值作為微調(diào)信號輸出； 氣隙磁通調(diào)節(jié)器，與所述氣隙磁通處理器連接，根據(jù)微調(diào)信號及預(yù)設(shè)運(yùn)算法則生成補(bǔ) 償電流以與所述最大轉(zhuǎn)矩電流比控制單元輸出的d軸電流(丨進(jìn)行疊加處理。10. -種失磁故障容錯(cuò)控制方法，包括， 實(shí)時(shí)檢測永磁同步電機(jī)的磁鏈信號； 根據(jù)實(shí)時(shí)檢測的磁鏈信號，計(jì)算永磁同步電機(jī)的氣隙磁通； 將實(shí)際的氣隙磁通與給定的氣隙磁通比較，判斷永磁同步電機(jī)的失磁情況； 根據(jù)計(jì)算的氣隙磁通和給定的氣隙磁通做差值，并將該差值作為微調(diào)信號，其中，當(dāng)微 調(diào)信號為零時(shí)，采用最大轉(zhuǎn)矩電流比控制策略對永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制；當(dāng)微調(diào)信號不為 零時(shí)，根據(jù)微調(diào)信號及預(yù)設(shè)運(yùn)算法則生成補(bǔ)償電流來對永磁同步電機(jī)的氣隙磁通進(jìn)行微 調(diào)，從而使故障電機(jī)的氣隙磁通維持在正常值。
【文檔編號】H02P21/22GK106026829SQ201610325562
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】張昌凡, 吳公平, 何靜, 趙凱輝, 孫健, 廖慧君, 劉光偉, 林真珍
【申請人】湖南工業(yè)大學(xué)