一种电力驱动电机的智能控制方法

摘要

本发明公开了一种电力驱动电机的智能控制方法，该控制方法采用电机的两套绕组通过PI控制器、积分限幅器、预测控制器、逆变器进行电动状态带动负载运行，具有较好地调速性能，且因采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后特性，提高了系统的带宽和动态性能，最后还增加了余度通信、故障诊断器、位置信号故障检测与校对功能，能分别对控制系统是否存在绕组断路、短路或位置信号故障进行诊断与处理。本发明简单易行，具有智能化、高可靠性等特点，能够很好地实现对系统断路、短路或位置信号故障的容错控制，适用于对动态性能以及可靠性要求较高的电力驱动场合。

主权项

一种电力驱动电机的智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)通过霍尔传感器采集电力驱动电机两套绕组(绕组a、b、c和绕组x、y、z)中各自的电流i_a、i_b、i_c和i_x、i_y、i_z，然后将其分别通过abc/dq变换器得到d‑q坐标系下各自实际电流值i_d1、i_q1和i_d2、i_q2；(2)通过位置检测器1和位置检测器2分别检测采集得到电力驱动电机的转子位置信号θ₁和θ₂，再分别对采集到的转子位置信号进行微分得到对应的速度信号转子机械角速度ω_r1和ω_r2，当位置检测器1或位置检测器2出现故障时，通过位置信号故障检测与校对实现对位置检测器是否存在故障进行检测判断，同时校对出正确的位置信号代替检测出有故障的位置信号；(3)给逆变器1和逆变器2分别供给直流母线电压V_DC1和V_DC2，将给定转速ω_r^*和反馈的速度ω_r1、ω_r2分别送入PI控制器1、积分限幅器1和PI控制器2、积分限幅器2进行处理，得到给定电流i_q1^*、i_q2^*，再将给定的d‑q轴电流i_q1^*、i_d1^*以及i_q2^*、i_d2^*分别送入预测控制器1和预测控制器2，其中i_d1^*＝0、i_d2^*＝0，同时将上一次输出的d‑q轴电压U_d1^*(k‑1)、U_q1^*(k‑1)和U_d2^*(k‑1)、U_q2^*(k‑1)以及上一次反馈回来的电流i_d1(k‑1)、i_q1(k‑1)和i_d2(k‑1)、i_q2(k‑1)分别一同送入预测控制器1和预测控制器2，得到预测出的d‑q轴电压U_d1^*(k)、U_q1^*(k)和U_d2^*(k)、U_q2^*(k)，其预测表达式为：U_d1^*(k)＝A₁i_d1(k‑1)+A₂i_d1^*(k)+A₃i_q1(k‑1)+A₄U_d1^*(k‑1)U_q1^*(k)＝B₁i_q1(k‑1)+B₂i_q1^*(k)+B₃i_d1(k‑1)+B₄U_q1^*(k‑1)U_d2^*(k)＝C₁i_d2(k‑1)+C₂i_d2^*(k)+C₃i_q2(k‑1)+C₄U_d2^*(k‑1)U_q2^*(k)＝D₁i_q2(k‑1)+D₂i_q2^*(k)+D₃i_d2(k‑1)+D₄U_q2^*(k‑1)其中，k为第k个控制周期，k‑1表示第k‑1个周期，即上一个周期，U_d1^*(k)、U_q1^*(k)和U_d2^*(k)、U_q2^*(k)分别为预测出的第k个控制周期的d‑q轴电压，i_d1^*(k)、i_q1^*(k)和i_d2^*(k)、i_q2^*(k)分别为第k个控制周期内给定的d‑q轴电流，A₁、A₂、A₃、A₄为U_d1^*(k)的调节参数，B₁、B₂、B₃、B₄为U_q1^*(k)的调节参数，C₁、C₂、C₃、C₄为U_d2^*(k)的调节参数，D₁、D₂、D₃、D₄为U_q2^*(k)的调节参数，根据电机自身不同的特性决定；(4)将预测控制器1和预测控制器2得到的预测出的d‑q轴电压U_d1^*(k)、U_q1^*(k)和U_d2^*(k)、U_q2^*(k)分别经过Park反变换得到电压U_α1^*、U_β1^*和U_α2^*、U_β2^*，再送入电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)中得到各自功率管开通、关断的脉宽调制信号，再分别通过逆变器1和逆变器2输出电机的各相电流来控制电机跟随给定信号智能运行；(5)通过故障诊断器和余度通信功能，对控制系统是否存在断路故障进行诊断与处理，根据断路故障诊断方法，如果诊断出发生断路故障，则切除故障态的一套绕组(绕组a、b、c或绕组x、y、z)，同时通过余度通信功能向正常的一套绕组发送故障信号，增加正常的一套绕组的输出功率，使其由故障前输出的50％功率变为故障后输出100％的功率，其中所述的断路故障诊断方法的具体步骤为：(5.1)将采集到的电流i_a、i_b、i_c、i_x、i_y、i_z分别代入各相电流诊断方程处理得到各相的电流诊断值I_g^detect，其各相电流诊断方程为：$I_g^{\det ect}=\frac{1}{{\mathrm{nT}}_s}{\int }_{t_1}^{t_2}\left|i_g\right|dt$其中，t₂‑t₁＝nTs，Ts为采样周期，n为经历的采样周期个数，g＝a,b,c,x,y,z；(5.2)将处理得到的各相电流诊断值，代入断路故障诊断方程处理得到各相绕组是否出现断路的表示值，其断路故障诊断方程为：$K_g=\left\{\begin{array}{cc}0,& I_g^{\det ect}=0\\ 1,& otherwise\end{array}\right.$其中，K_g为各相绕组是否出现断路的表示值，其值为0表示出现断路，为1表示正常；(5.3)根据处理得到的各相绕组是否出现断路的表示值，代入断路故障处理方程得到断路故障态时应切除哪一套绕组的表示值，其断路故障处理方程为：$S_1=\left\{\begin{array}{cc}1,& K_a·K_b·K_c=0\\ 0,& otherwise\end{array}\right.$$S_2=\left\{\begin{array}{cc}1,& K_x·K_y·K_z=0\\ 0,& otherwise\end{array}\right.$其中，S₁为是否应切除绕组a、b、c这一套绕组的表示值，S₂为是否应切除绕组x、y、z这一套绕组的表示值，其值为1表示应该切除，为0表示不切除；(6)通过故障诊断器和余度通信功能，对控制系统是否存在短路故障进行诊断与处理，若诊断出通过某相绕组的瞬时电流高于两倍的额定电流，则可诊断出该相绕组发生短路故障，则切除故障态的一套绕组(绕组a、b、c或绕组x、y、z)，同时将故障套绕组对应逆变器所有的上桥臂IGBT或所有的下桥臂IGBT进行短接，同时通过余度通信功能向正常的一套绕组发送故障信号，增加正常的一套绕组的输出功率，使其输出100％的功率，进而保证系统输出功率不变，实现电力驱动电机的智能容错控制。