一種永磁同步電機電流傳感器容錯控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種永磁同步電機電流傳感器的容錯控制方法，屬于電機控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機W其高效性、高轉(zhuǎn)矩慣量比、高能量密度、體積小、重量輕等諸多優(yōu) 點得到了廣泛關(guān)注，特別是永磁材料的飛速發(fā)展使得永磁同步電機有了更加廣闊的應(yīng)用前 景。近些年來，永磁同步電機廣泛用于風(fēng)力發(fā)電、數(shù)控機床、車載混合動力系統(tǒng)、航空航天和 高性能精確伺服系統(tǒng)等各種場合，有效的提升了能源利用率，減小了設(shè)備占用空間。矢量控 制是永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的最為廣泛的控制方式之一，其為雙閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，內(nèi) 環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)，電流環(huán)的響應(yīng)速度非?？?，需要可靠的電流信號作為支撐，轉(zhuǎn) 速環(huán)則可用來有效的調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩，矢量控制又可分為id = 〇、最大轉(zhuǎn)矩電流比、單位功率 因數(shù)、弱磁四種運行方式，其中id = 〇運行方式簡單易行，運行穩(wěn)定，本發(fā)明所述方法就是在 該運行方式之下進行的。
[0003] 在實際的工業(yè)控制系統(tǒng)尤其是高性能調(diào)速場合中，電流傳感器是重要的的采集電 流信號的元件，在復(fù)雜的自然環(huán)境如高低溫、粉塵、雨水與電磁環(huán)境如EMI、過電壓、過電流 下易發(fā)生軟故障，即精度受到影響或發(fā)生間歇性的斷線，運將會直接影響到永磁同步電機 的調(diào)速性能，嚴重時可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至危害操作人員安全。因此，電流傳感器的容錯 控制方法一直是電機控制領(lǐng)域的研究熱點，現(xiàn)有技術(shù)的電流傳感器容錯控制方法一般采用 觀測器或直流母線電流來重構(gòu)出故障相電流，但前者動態(tài)性能較差，且嚴重依賴電機參數(shù)， 后者需要對逆變器非線性因素進行補償和解決最小采樣時間的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明從電機的動態(tài)響應(yīng)和不依賴電機參數(shù)的角度 入手，提出一種能迅速而準確的判斷出故障電流傳感器，并選擇出合適的電流值完成電流 閉環(huán)的容錯控制方法。
[0005] 為了達到上述目的，提供一種永磁同步電機電流傳感器容錯控制方法，具體包括 W下步驟：
[0006] 步驟(1):首先根據(jù)電機的同步轉(zhuǎn)速得到帕克變換所需的角度：
[0007] 0 = Jc〇dt，
[000引 ω:同步轉(zhuǎn)速
[0009] Θ:轉(zhuǎn)子磁鏈角度
[0010]步驟(2):根據(jù)已知的d-q軸給定值與電流傳感器采集的ia、ibW及不同軸 定向的克拉克、帕克坐標變換方程可得到八個電流值，分別為：ia、ie、ia'、ie'、ia*、ie*、 iaest*、igest*;
[001。 ia:定子a相軸線與克拉克變換后的α相軸線重合時α相電流 [0012] ie:定子a相軸線與克拉克變換后的α相軸線重合時時姑流
[0013] ia' ：定子村目軸線與克拉克變換后的α相軸線重合時α相電流
[0014] ie' ：定子b相軸線與克拉克變換后的α相軸線重合時β相電流
[001引?α*:定子a相軸線與帕克反變換后的α相軸線重合時α相電流 [0016] ie*:定子a相軸線與帕克反變換后的α相軸線重合時β相電流
[0017] iaest*:定子村目軸線與帕克反變換后的α相軸線重合時α相電流
[0018] ipest*:定子b相軸線與帕克反變換后的α相軸線重合時β相電流
[0019] 步驟(3):根據(jù)步驟（1)(2)所得到的電流值進行邏輯判斷，確定是否有電流傳感器 發(fā)生故障；
[0020] 步驟(4):根據(jù)步驟(1)(2)(3)的結(jié)果來進行邏輯判斷選擇出合適的電流值完成電 流閉環(huán)。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟(3)具體包括W下步驟：
[0022] 步驟(31):將步驟(2)中所得到的ia*與ia做差，其差值輸入滯環(huán)比較器，此處滯環(huán) 比較器輸出值記為X，當(dāng)差值大于所設(shè)定的安全闊值k時，X輸出常數(shù)1，表明a相電流傳感器 發(fā)生故障，反之，輸出0,表明a相電流傳感器狀態(tài)正常；
[002；3]步驟他）：將步驟(2)中所得到的iaest*與ia'做差，其差值輸入滯環(huán)比較器，此處滯 環(huán)比較器輸出值記為Z，通過步驟(31)中相同的方式來判斷b相電流傳感器是否故障。
[0024] 根據(jù)步驟(31)(32)中所述，可W得到電流傳感器工作狀態(tài)與X、Z值的一一對應(yīng)關(guān) 系，運種關(guān)系如表1中所示： 表1傳感器工作狀態(tài)與X、Z值的關(guān)系
[0025] 優(yōu)選地，所述步驟(4)具體包括W下步驟：
[0026] 步驟(41):將步驟(2)中所得到的ie*與ie做差，其差值輸入滯環(huán)比較器，此處滯環(huán) 比較器輸出值記為Y;
[0027] 步驟(42):將步驟(41)中得到的Y值輸入一多路選通開關(guān)作為判斷輸出電流的條 件，當(dāng)Y值為常數(shù)1時，選擇ie*作為多路選通開關(guān)的輸出，反之，當(dāng)Y輸出常數(shù)0時，選擇ie為輸 出；
[0028] 步驟(43):將步驟(31)中得到的X值輸入一多路選通開關(guān)作為判斷輸出電流的條 件，當(dāng)X值輸出常數(shù)1時，選擇ia'作為多路選通開關(guān)的輸出，反之，當(dāng)X輸出常數(shù)加寸，選擇ia為 輸出，經(jīng)過上述步驟后，可確定出一相電流傳感器故障時完成閉環(huán)控制的α相電流；
[0029] 步驟(44):將步驟(31)中得到的X值輸入另一多路選通開關(guān)作為判斷輸出電流的 條件，當(dāng)X值為1時輸出iPest*，反之，當(dāng)X為常數(shù)0時，選擇步驟(42)中得到的電流值作為輸 出，根據(jù)此步驟便得到了一相電流傳感器故障時完成閉環(huán)控制的β相電流；
[0030] 步驟(45):將步驟(31)中得到的X值作為選擇運算角度的判斷條件，當(dāng)X值為1時， 選擇120 -Θ為運算角度，當(dāng)X為加寸，選擇Θ為運算角度；
[0031] 步驟(46):根據(jù)步驟(43)(44)中最終得到的電流與步驟(45)中得到的角度經(jīng)帕克 坐標變換得到閉環(huán)控制的d、q軸電流idi與i qi;
[0032] 步驟(47):通過ia*、ie*與步驟（1)中所得角度θ由帕克坐標變換得到閉環(huán)電流id2 與 iq2;
[0033] 步驟(48):將步驟(31)與（32)中得到的X與Z值的和輸入一多路選通開關(guān)作為判斷 輸出電流的條件，當(dāng)該和為常數(shù)2時，說明兩相電流傳感器均發(fā)生故障，此時選擇id2與iq2為 閉環(huán)電流，當(dāng)該和為常數(shù)1或0時，選擇idi與iqi為閉環(huán)電流。
[0034] 總體而言，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0035] 從動態(tài)響應(yīng)和不依賴電機參數(shù)的角度入手，通過坐標變換所得到的八個電流值進 行簡單的邏輯判斷，得到電流傳感器的工作狀態(tài)之后選擇出合適的電流值完成電流閉環(huán)， 判斷迅速準確，不需要構(gòu)建觀測器，不必考慮直流母線電壓的最小采樣時間問題，僅需要在 任意兩相上裝設(shè)電流傳感器即可，節(jié)約硬件成本和空間。通過在軟件算法上的創(chuàng)新保障了 永磁電機矢量控制系統(tǒng)運行的連續(xù)性。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明中帶有電流傳感器容錯方法的電機矢量控制系統(tǒng)整體的控制框圖。
[0037] 圖2為本發(fā)明中計算電流值時所用到的坐標系及對應(yīng)的電流值。
[0038] 圖3為a相電流傳感器狀態(tài)邏輯判斷方法及β相電流的選取。
[0039] 圖4為b相電流傳感器狀態(tài)邏輯判斷方法。
[0040] 圖5為兩相電流傳感器狀態(tài)邏輯判斷方法及電流取值。
【具體實施方式】
[0041] 為了使本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖，對本發(fā) 明進一步詳細說明。
[0042] 圖1所示為本發(fā)明所述的控制方法總的原理框圖，該控制方法基于矢量控制的基 礎(chǔ)之上，具體包括:轉(zhuǎn)速與iq的PI調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)、id的PI調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)、帕克坐標反變換(d q/αβ 坐標變換）、Svpwm調(diào)制、逆變器、永磁同步電機、電流傳感器、克拉克坐標變換(a b/αβ坐標 變換）、電流計算環(huán)節(jié)、容錯算法環(huán)節(jié)。
[0043] 本發(fā)明提出了一種永磁同步電機電流傳感器容錯控制方法，具體包括W下步驟：
[0044] 步驟(1):首先根據(jù)電機的同步轉(zhuǎn)速得到帕克變換所需的角度：
[0045] 目= Jc〇dt，
[0046] ω:同步轉(zhuǎn)速
[0047] Θ:轉(zhuǎn)子磁鏈角度
[004引步驟(2):根據(jù)已知的d-q軸給定值與電流傳感器采集的ia、ib和不同軸定 向的克拉克與帕克坐標變換方程得到八個電流值；
[0049] 其中不同軸定向的坐標系與所對應(yīng)的電流值