一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法
【专利摘要】本发明公开一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法，包括：测量电机的转速和输出相电流；根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量；所述目标电压矢量为电机一相开路故障后输出电压中消失的电压矢量；根据所述两个电压分量确定所述目标电压矢量所在扇区；确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按照幅值大小分为大矢量、中矢量和小矢量；从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量；利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量。本发明所公开的控制方法，摆脱了对电机建模的准确性的依赖，并减少高次谐波的干扰，具有控制平滑、灵活、动作响应快的优点。
【专利说明】
一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电机容错控制领域，特别是涉及一种基于空间矢量的五相双转子永磁 同步电机控制方法。
【背景技术】
[0002] 在同步电机装置中，最易发生故障的几个机构为传感器、执行器机构和电机绕组。 据统计，在速度驱动系统中，38%的故障和变流器有关。而在这38%的故障中，最常见的故 障为一相开路故障，包括:一相开关管开路、相桥臂开路、一相开关管短路和相桥臂短路。 [0003]在目前的学术文献以及工程实践中，对于五相电机的一相开路故障，大多采用直 接计算各相输入电流的方法。这种方法依赖电机建模的准确性，在工程实践过程中难以实 现实时控制，且电流以滞环方式进行控制，容易导致开关管的频率不稳定造成较大的高次 谐波。
【发明内容】
[0004] 本发明为了摆脱对电机建模的准确性的依赖，并减少高次谐波的干扰，提供一种 基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0006] -种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法，包括：
[0007] 测量电机的转速和输出相电流；
[0008] 根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电 压分量;所述目标电压矢量为电机一相开路故障后输出电压中消失的电压矢量；
[0009] 根据所述两个电压分量确定所述目标电压矢量所在扇区；
[0010] 确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按照幅值大小分为大矢量、中 矢量和小矢量;从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量;利用所述合格电压矢量和 零矢量合成所述目标电压矢量;所述筛选合格电压矢量的原则为:确定所述目标电压矢量 所在扇区的两个边缘中的未消失的电压矢量，在所述目标电压矢量所在扇区的每个扇区边 缘中的未消失的电压矢量中均选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量;若所述 目标电压矢量所在扇区的某个边缘中的电压矢量全部消失，则从相邻扇区的扇区边缘中选 取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量;所述最合适的未消失的电压矢量确定原 贝1J:若存在大矢量，贝U选取大矢量为最合适的未消失的电压矢量;若不存在大矢量而存在中 矢量，则选取中矢量为最合适的未消失的电压矢量;若既不存在大矢量也不存在中矢量，则 选取小矢量为最合适的未消失的电压矢量。
[0011] 可选的，所述根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢 量的两个电压分量，具体包括：
[0012] 将所述电机的转速与给定转速作差，经比例积分控制器后输出q轴的给定电流；
[0013] 对所述电机的输出相电流进行矢量变换，得到电机的q轴的输出相电流和d轴的输 出相电流；
[0014] 将所述q轴的给定电流与所述q轴的输出相电流作差得到q轴电流差;将所述d轴的 给定电流与所述d轴的输出相电流作差得到d轴电流差；
[0015] 将所述q轴电流差和所述d轴电流差经矢量反变换得到静止坐标系下的所述目标 电压矢量的两个电压分量。
[0016] 可选的，利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量，具体包括：
[0017] 计算所述零矢量和每个所述合格电压矢量的作用时间；
[0018] 根据所述零矢量和所述合格电压矢量的作用时间输出驱动开关管通断的脉冲宽 度调制波形；
[0019] 通过脉冲宽度调制波形驱动开关管通断从而合成目标电压矢量。
[0020] 可选的，从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量，具体包括：
[0021] 利用传统扇区划分方法将电压矢量划分为10个扇区，依次编号为I到X ;
[0022] 当目标电压矢量在第I扇区或第Π 扇区时，选取第I扇区和第X扇区共同边缘的小 矢量以及第Π 扇区和第m扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；
[0023] 当目标电压矢量在第m扇区时，选取第π扇区和第m扇区共同边缘的中矢量以及 第m扇区和第iv扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量；
[0024] 当目标电压矢量在第IV扇区时，选取第m扇区和第IV扇区共同边缘的大矢量以及 第IV扇区和第v扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量；
[0025] 当目标电压矢量在第V扇区时，选取第IV扇区和第V扇区共同边缘的大矢量、第 IV扇区和第V扇区共同边缘的中矢量、第V扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量以及第V扇 区和第VI扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；
[0026] 当目标电压矢量在第VI扇区时，选取第V扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量、第 V扇区和第VI扇区共同边缘的中矢量、第VI扇区和第W扇区共同边缘的大矢量以及第VI扇 区和第w扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；
[0027] 当目标电压矢量在第W扇区时，选取第VI扇区和第W扇区共同边缘的大矢量以及 第W扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量；
[0028] 当目标电压矢量在第VI扇区时，选取第W扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量以及 第VI扇区和第IX扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量；
[0029] 当目标电压矢量在第IX扇区或第X扇区时，选取第VI扇区和第IX扇区共同边缘的 中矢量以及第I扇区和第X扇区共同边缘的小矢量为合格电压矢量。
[0030] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0031] (1)采用空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)，使电机具有更好的转矩转速特性和更高 的直流电压利用率。
[0032] (2)本申请的的技术方案避免了直接计算各相输入电流，从而摆脱了对电机建模 准确性的依赖。
[0033] (3)本申请的技术方案具有输出转矩的波动小、动态响应快等优点，并且在实际的 工程中易于在线实现，占用核心芯片内存小，类似正常运行时电机采用的控制算法，具有良 好的应用前景。
[0034] (4)本申请的电流控制方式采用给定电流分量为零的控制方式，避免了因开关管 的频率不稳定造成较大的高次谐波。
[0035] (5)本申请采用空间矢量的控制算法，在电机一相开路故障后能继续实现电机的 高精度、快响应、高能源利用率的驱动控制。
【附图说明】
[0036] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。
[0037] 图1(a)为本申请五相双转子电机串联驱动方式下一相开路故障示意图；
[0038] 图1(b)为本申请五相双转子电机并联驱动方式下一相开路故障示意图；
[0039] 图2为本发明基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法实施例的方法流 程图；
[0040] 图3为本申请实施例1中步骤202计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分 量一个具体实施方法；
[0041] 图4为本申请实施例1中根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的 目标电压矢量的两个电压分量的算法过程的框图；
[0042]图5为本申请五相双转子电机外电机与内电机串联驱动方式下a相开路故障后的 电压矢量分布图；
[0043] 图6(a)为当目标电压矢量在第I扇区或第Π 扇区时的控制矢量图；
[0044] 图6(b)为图6(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形；
[0045] 图7(a)为当目标电压矢量在第III扇区时的控制矢量图；
[0046] 图7(b)为图7(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形；
[0047] 图8(a)为当目标电压矢量在第IV扇区时的控制矢量图；
[0048] 图8(b)为图8(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形；
[0049] 图9(a)为当目标电压矢量在第V扇区时的控制矢量图；
[0050] 图9(b)为图9(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形；
[0051] 图10为本申请根据不同的运行状态采用不同的电机控制算法的方法流程图；
[0052]图11为本申请基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法应用过程的系 统结构图。
【具体实施方式】
[0053]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054] 本发明的目的是提供一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法。
[0055] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0056]图1(a)为本申请五相双转子电机串联驱动方式下一相开路故障示意图；
[0057]图1(b)为本申请五相双转子电机并联驱动方式下一相开路故障示意图。
[0058] 参见图1(a)和图1(b)，所述一相开路故障运行状态包括内电机与外电机串联运行 时一相开路故障和内电机与外电机并联运行时一相开路故障。本申请以内电机和外电机串 联驱动时一相开路故障为例。
[0059] 图2为本发明基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法实施例的方法流 程图。
[0060] 参见图2,一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法，包括：
[0061] 步骤201，测量电机的转速和输出相电流;所述电机的转速是通过传感器测量得到 的，所述输出相电流是通过电流表测量得到的。
[0062] 步骤202,根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量 的两个电压分量Ua和Uf!;所述目标电压矢量为电机一相开路故障后输出电压中消失的电压 矢量。
[0063] 图3为本申请实施例1中步骤202计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分 量一个具体实施方法。
[0064] 图4为本申请实施例1中根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的 目标电压矢量的两个电压分量的算法过程的框图。
[0065] 参见图3和图4,实时根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标 电压矢量的两个电压分量Ua和Up，具体包括：
[0066]步骤401，将所述电机的转速与给定转速作差，经比例积分控制器后输出q轴的给 定电流iq%
[0067 ]步骤40 2，采用d轴的电流给定i / = 0的控制方式，结合电机旋转位置对所述电机的 输出相电流进行Clark矢量变换和Park矢量变换，得到电机的q轴的输出相电流iq和d轴的 输出相电流id;
[0068] 步骤403，将所述q轴的给定电流与所述q轴的输出相电流作差得到q轴电流差;将 所述d轴的给定电流与所述d轴的输出相电流作差得到d轴电流差；
[0069] 步骤404,将所述q轴电流差和所述d轴电流差经Park矢量反变换得到静止坐标系 下的目标电压矢量的两个电压分量Ua和Up。
[0070] 步骤203,根据所述两个电压分量Ua和ue确定所述目标电压矢量所在扇区；具体包 括：
[0071] 利用传统扇区划分方法将电压矢量划分为10个扇区，依次编号为I到X，具体为： 将电机在正常运行状态下五相桥逆变器通断所产生的电压矢量放到同一个空间矢量坐标 系中，所有的电压矢量将空间矢量分成了十个区域，十个区域所代表的角度区间分别为:〇 ~36°、36°~72°、72°~108°、108°~144°、144°~180°、180°~216°、216°~252°、252°~ 288°、288°~324°、324°~360°，将十个区域从0°~360°依次命名为第I扇区、第II扇区、第 III扇区、第IV扇区、第V扇区、第VI扇区、第VII扇区、第VIII扇区、第IX扇区和第X扇区。
[0072] 定义 VtKVhVhVhViSTS:
[0074] 根据上式求出Vo、W、V2、V3和V4，若有：
[0085] 为了方便实现控制，定位函数S:
[0086] S = sign(V〇)+2sign(Vi)+4sign(V2)+6sign(-V3)+3sign(V4)
[0087] 其中sign为符号函数。
[0088] 根据以上10个扇区内中间变量的符号可得扇区标号与扇区号之间的关系如下：
[0091] 根据所述目标电压矢量的两个电压分量在控制器中计算出S函数的值，根据上表 中的对应的关系，判断出所述目标电压矢量所在扇区。
[0092] 步骤204,确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按照幅值大小分为大 矢量、中矢量和小矢量;从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量;利用所述合格电压 矢量和零矢量合成所述目标电压矢量;所述筛选合格电压矢量的原则为:确定所述目标电 压矢量所在扇区的两个边缘中的未消失的电压矢量，在所述目标电压矢量所在扇区的每个 扇区边缘中的未消失的电压矢量中均选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量； 若所述目标电压矢量所在扇区的某个边缘中的电压矢量全部消失，则从相邻扇区的扇区边 缘中选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量;所述最合适的未消失的电压矢量 确定原则:若存在大矢量，则选取大矢量为最合适的未消失的电压矢量;若不存在大矢量而 存在中矢量，则选取中矢量为最合适的未消失的电压矢量;若既不存在大矢量也不存在中 矢量，则选取小矢量为最合适的未消失的电压矢量。
[0093] 图5为本申请五相双转子电机外电机与内电机串联驱动方式下a相开路故障后的 电压矢量分布图，其中每个电压矢量对应一个二进制的代号。
[0094] 参见图5,本申请中内电机和外电机串联驱动方式下a相开路故障时合格电压矢量 的筛选方案如下：
[0095] 当目标电压矢量在第I扇区或第Π 扇区时，选取第I扇区和第X扇区共同边缘的小 矢量U9(01001)以及第π扇区和第m扇区共同边缘的中矢量U 8(01000)为合格电压矢量；
[0096] 当目标电压矢量在第m扇区时，选取第π扇区和第m扇区共同边缘的中矢量u8 (01000)以及第m扇区和第IV扇区共同边缘的大矢量υ12(οιιοο)为合格电压矢量；
[0097] 当目标电压矢量在第iv扇区时，选取第m扇区和第iv扇区共同边缘的大矢量u12 (01100)以及第IV扇区和第V扇区共同边缘的大矢量1]14(01110)为合格电压矢量；
[0098] 当目标电压矢量在第V扇区时，选取第IV扇区和第V扇区共同边缘的大矢量山4 (01110)、第IV扇区和第V扇区共同边缘的中矢量U4(00100)、第V扇区和第VI扇区共同边 缘的大矢量U 6(00110)以及第V扇区和第VI扇区共同边缘的中矢量U15(01111)为合格电压 矢量；
[0099] 第VI扇区、第W扇区、第VI扇区、第IX扇区、第X扇区的电压矢量分布分别与第V 扇区、第IV扇区、第m扇区、第π扇区、第I扇区的电压矢量分布呈上下对称状态，因此，当目 标电压矢量分别在第VI扇区、第w扇区、第VI扇区、第IX扇区、第X扇区时，选取的合格电压 矢量也分别与当目标电压矢量在第v扇区、第IV扇区、第m扇区、第π扇区、第I扇区时选取 的合格电压矢量呈上下对称分布，具体如下：
[0100] 当目标电压矢量在第VI扇区时，选取第V扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量U6 (00110) 、第￥扇区和第￥1扇区共同边缘的中矢量1]15(01111)、第￥1扇区和第\1扇区共同边 缘的大矢量U7(00111)以及第VI扇区和第W扇区共同边缘的中矢量U 2(00010)为合格电压矢 量；
[0101] 当目标电压矢量在第W扇区时，选取第VI扇区和第W扇区共同边缘的大矢量U7 (00111) 以及第W扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量U3(00011)为合格电压矢量；
[0102] 当目标电压矢量在第ΥΠΙ扇区时，选取第W扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量U3 (00011)以及第VI扇区和第IX扇区共同边缘的中矢量IM00001)为合格电压矢量；
[0103] 当目标电压矢量在第IX扇区或第X扇区时，选取第VI扇区和第IX扇区共同边缘的 中矢量IH00001)以及第I扇区和第X扇区共同边缘的小矢量U 9(01001)为合格电压矢量。
[0104] 可选的，利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量，具体包括：
[0105] 计算所述零矢量和每个所述合格电压矢量的作用时间，具体为：
[0106] 图6(a)为当目标电压矢量在第I扇区或第Π 扇区时的控制矢量图；
[0107] 图6(b)为图6(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形。
[0108] 参见图6(a)和图6(b)，当目标电压矢量在第I扇区或第Π 扇区时，设U9的作用时间 为Tl9，U8的作用时间为Tl8,零矢量的作用时间为TlQ，目标电压矢量为UlRef，开关管的作用周 期为T Is，则
[0109] TlsUlRef = Tl9U9+Tl8U8
[0110] Tis = Ti9+Ti8+Tio
[0111] 将上式求解，解得为：
[0114] Tio = Tis-Ti8-Ti9
[0115] 图7(a)为当目标电压矢量在第III扇区时的控制矢量图；
[0116] 图7(b)为图7(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形。
[0117] 参见图7(a)和图7(b)，当目标电压矢量在第III扇区时，设U8的作用时间为Tms， Ul2的作用时间为Τ?ΙΙ12,零矢量的作用时间为TlIIQ，目标电压矢量为UlIIRef，开关管的作用周 期为Tills，贝lj
[01 18] TuisUlIIRef = TlII12Ul2+TlII8U8
[0119] Tins = Τππ2+Τπ?8+Τιπο
[0120] 将上式求解，解得为：
[0123] Tiiio = Tiiis-Tiii8-Tiiii2
[0124] 图8(a)为当目标电压矢量在第IV扇区时的控制矢量图；
[0125] 图8(b)为图8(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形。
[0126] 参见图8(a)和图8(b)，当目标电压矢量在第IV扇区时，设U12的作用时间为Tm^Uw 的作用时间为TlV14，零矢量的作用时间为TlVQ，目标电压矢量为UlVRrf，开关管的作用周期为 TlVs，则
[01 27] T IVsUlVRef = TIVI2U12+TIVI4U14
[0128] Tivs = Τ ιν?4+Τ ιν?2+Τ ινο
[0129] 将上式求解，解得为：
[0132] Τινο = T ivs~T ivwT ιν?2
[0133] 图9(a)为当目标电压矢量在第V扇区时的控制矢量图；
[0134] 图9(b)为图9(a)中合格电压矢量和零矢量的作用顺序及PWM波形。
[0135] 参见图9(a)和图9(b)，当目标电压矢量在第V扇区时，设U4的作用时间为 作用时间为Tvi4，U6的作用时间为TV6，Ul5的作用时间为TV15，零矢量的作用时间为Τνο，目标电 压矢量为UvRef，开关管的作用周期为TVs，则
[0136] TvsUvRef = Tv4U4+Tvi4Ul4+Tv6U6+Tvi5Ul5
[0137] Tvs = Tvi4+Tv4+Tvi5+Tv6+Tv〇
[0138] 为保证得出确切的解，约束d3-q3子空间的合成矢量为0,即：
[0144] Τν?5 = 0·618*Τν6
[0145] Tvo = Tvs-Tvi4~Tv4-Tvi5-Tv6
[0146] 当目标电压矢量分别在第VI扇区、第VII扇区、第VI扇区、第IX扇区、第X扇区时，合 格电压矢量的作用时间的计算方法分别于当目标电压矢量在第v扇区、第IV扇区、第m扇 区、第π扇区、第I扇区时的合格电压矢量的作用时间的计算方法相对应，具体为：
[0147] 当目标电压矢量在第VI扇区时，设U2的作用时间为TVI2，U7的作用时间为TVI7，U 6的 作用时间为Tvi6，Ul5的作用时间为TVI15,零矢量的作用时间为TviQ，目标电压矢量为UviRef，开 关管的作用周期为T VIs，则
[0148] TvisUviRef = TVI2U2+TVI7U7+TVI6U6+TVII5U15 [01 49 ] Tvis = Tvi7+Tvi2+Tvil5+Tvi6+Tvi0
[0150]为保证得出确切的解，约束d3-q3子空间的合成矢量为0,即：
[0156] Τνι?5 = 0 ·618*Τν?6
[0157] Τνιο = Tvis-Tvi7-Tvi2-Tvii5-Tvi6
[0158] 当目标电压矢量在第VII扇区时，设U3的作用时间为TVII3，U7的作用时间为Tvm，零 矢量的作用时间为Τνπο,目标电压矢量为UviiRrf，开关管的作用周期为Tviis，贝lj
[0159] TviIsUviIRef = TVII3U3+TVII7U7
[0160] Tviis = Tvii7+Tvii3+Tvno
[0161] 将上式求解，解得为：
[0164] Tviio = Tviis-Tvii7-Tvii3
[0165] 当目标电压矢量在第VIII扇区时，设山的作用时间为TVIm，U3的作用时间为Tvm 3， 零矢量的作用时间为TviIIQ，目标电压矢量为UviIIRrf，开关管的作用周期为Tviiis，则
[0166] TviIIsUviIIRef = TviII3U3+TviIIlUl
[0167] Tviiis = Tviii3+Tviiii+Tviiio
[0168] 将上式求解，解得为：
[0171 ] Tviiio = Tviiis-Tviiii-Tviii3
[0172] 当目标电压矢量在第IX扇区或第X扇区时，设U9的作用时间为TX9，山的作用时间为 Τχι，零矢量的作用时间为Τχο,目标电压矢量为UxRrf，开关管的作用周期为Txs，则
[0173] TxsUxRef = Tx9U9+TxiUl
[0174] Txs = Tx9+Txi+Txo
[0175] 将上式求解，解得为：
[0178] Txo = Txs-Txi_Tx9
[0179] 根据所述零矢量和所述合格电压矢量的作用时间输出驱动开关管通断的脉冲宽 度调制波形，具体为：
[0180] 本申请中采用以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的控制系统，利用Verilog 语言编写一个计数器产生的对称连续的三角波，计数幅值为脉宽调制波形的周期值。根据 矢量作用时间在控制器中计算出比较器值CMPRx，然后将计数器的当前计数值与比较器值 CMPRx相比较，输出正向输出信号，即当计数值高于占空比时，脉宽调制波形输出为高电平， 反之为低电平。而反向输出信号为与正向输出信号对应的互补信号。因此，同一桥臂上下开 关管输出互补的PWM信号。
[0181] 通过脉冲宽度调制波形驱动开关管通断从而合成目标电压矢量。
[0182] 图10为本申请根据不同的运行状态采用不同的电机控制算法实施例的方法流程 图；
[0183] 参加图10,本申请还公开了一个根据不同的运行状态采用不同的电机控制算法的 实施例，上述根据所述电机的转速和输出相电流判断电机的运行状态，具体包括：
[0184] 步骤1001:电机信号采集:测量电机的转速和输出相电流；
[0185] 步骤1002:故障状态判断:根据采集的电机的转速和输出相电流判断电机的运行 状态;若电机运行状态为正常状态，则执行步骤1003;若电机运行状态为故障状态，即一相 开路故障状态，则执行步骤1004;
[0186] 步骤1003:采用正常的空间矢量算法进行控制，并执行步骤1005;
[0187] 步骤1004:采用本申请的基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法进行 控制;并执彳丁步骤1005;
[0188] 步骤1005:根据步骤1003的算法或步骤1004的算法驱动开关管的通断。
[0189 ]图11为本申请基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法应用过程的系 统结构图。
[0190]参见图11，本申请的，应用本申请的基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控 制方法应用到系统时，所述系统包括:双闭环调速系统1101、矢量算法模1102、IGBT驱动模 块1103、五相桥逆变模块1104和电机1105。
[0191]所述双闭环调速系统1101用于测量电机1105的转速和输出相电流;根据所述电机 1105的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量;所述目标电 压矢量为电机1105-相开路故障后输出电压中消失的电压矢量；
[0192] 所述矢量算法模块1102用于确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按 照幅值大小分为大矢量、中矢量和小矢量;从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量； 利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量；
[0193] 所述利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述目标电压矢量，具体包括：
[0194] 计算所述零矢量和每个所述合格电压矢量的作用时间；
[0195] 根据所述零矢量和所述合格电压矢量的作用时间输出驱动开关管通断的脉冲宽 度调制波形；
[0196] 通过脉冲宽度调制波形驱动开关管通断从而合成目标电压矢量。
[0197] 所述IGBT驱动模块1103用于根据矢量算法模块生成的脉冲宽度调制波形驱动开 关管的通断。
[0198] 所述五相桥逆变模块1104用于将产生的直流电转换为交流电，驱动电机1105的运 转。
[0199] 可选的，所述根据所述电机1105的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电 压矢量的两个电压分量，具体包括：
[0200] 将所述电机1105的转速与给定转速作差，经比例积分控制器后输出q轴的给定电 流；
[0201] 对所述电机1105的输出相电流进行矢量变换，得到电机1105的q轴的输出相电流 和d轴的输出相电流；
[0202] 将所述q轴的给定电流与所述q轴的输出相电流作差得到q轴电流差;将所述d轴的 给定电流与所述d轴的输出相电流作差得到d轴电流差；
[0203] 将所述q轴电流差和所述d轴电流差经矢量反变换得到静止坐标系下的所述目标 电压矢量的两个电压分量。
[0204] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统 而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说 明即可。
[0205] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据 本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种基于空间矢量的五相双转子永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括： 测量电机的转速和输出相电流； 根据所述电机的转速和输出相电流计算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分 量;所述目标电压矢量为电机一相开路故障后输出电压中消失的电压矢量； 根据所述两个电压分量确定所述目标电压矢量所在扇区； 确定未消失的电压矢量，将所述未消失的电压矢量按照幅值大小分为大矢量、中矢量 和小矢量;从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压矢量;利用所述合格电压矢量和零矢 量合成所述目标电压矢量;所述筛选合格电压矢量的原则为:确定所述目标电压矢量所在 扇区的两个边缘中的未消失的电压矢量，在所述目标电压矢量所在扇区的每个扇区边缘中 的未消失的电压矢量中均选取最合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量;若所述目标 电压矢量所在扇区的某个边缘中的电压矢量全部消失，则从相邻扇区的扇区边缘中选取最 合适的未消失的电压矢量作为合格电压矢量;所述最合适的未消失的电压矢量确定原则： 若存在大矢量，则选取大矢量为最合适的未消失的电压矢量;若不存在大矢量而存在中矢 量，贝U选取中矢量为最合适的未消失的电压矢量;若既不存在大矢量也不存在中矢量，贝 1J选 取小矢量为最合适的未消失的电压矢量。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电机的转速和输出相电流计 算静止坐标系下的目标电压矢量的两个电压分量，具体包括： 将所述电机的转速与给定转速作差，经比例积分控制器后输出q轴的给定电流； 对所述电机的输出相电流进行矢量变换，得到电机的q轴的输出相电流和d轴的输出相 电流； 将所述q轴的给定电流与所述q轴的输出相电流作差得到q轴电流差;将所述d轴的给定 电流与所述d轴的输出相电流作差得到d轴电流差； 将所述q轴电流差和所述d轴电流差经矢量反变换得到静止坐标系下的所述目标电压 矢量的两个电压分量。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述合格电压矢量和零矢量合成所述 目标电压矢量，具体包括： 计算所述零矢量和每个所述合格电压矢量的作用时间； 根据所述零矢量和所述合格电压矢量的作用时间输出驱动开关管通断的脉冲宽度调 制波形； 通过脉冲宽度调制波形驱动开关管通断从而合成目标电压矢量。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述未消失的电压矢量中筛选合格电压 矢量，具体包括： 利用传统扇区划分方法将电压矢量划分为10个扇区，依次编号为I到X; 当目标电压矢量在第I扇区或第Π 扇区时，选取第I扇区和第X扇区共同边缘的小矢量 以及第π扇区和第m扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量； 当目标电压矢量在第m扇区时，选取第π扇区和第m扇区共同边缘的中矢量以及第m 扇区和第iv扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量； 当目标电压矢量在第iv扇区时，选取第m扇区和第iv扇区共同边缘的大矢量以及第iv 扇区和第v扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量； 当目标电压矢量在第V扇区时，选取第IV扇区和第V扇区共同边缘的大矢量、第IV扇 区和第V扇区共同边缘的中矢量、第V扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量以及第V扇区和 第VI扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量； 当目标电压矢量在第VI扇区时，选取第V扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量、第V扇 区和第VI扇区共同边缘的中矢量、第VI扇区和第W扇区共同边缘的大矢量以及第VI扇区和 第w扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量； 当目标电压矢量在第W扇区时，选取第VI扇区和第w扇区共同边缘的大矢量以及第w 扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量为合格电压矢量； 当目标电压矢量在第ΥΠΙ扇区时，选取第w扇区和第VI扇区共同边缘的大矢量以及第VI 扇区和第IX扇区共同边缘的中矢量为合格电压矢量； 当目标电压矢量在第IX扇区或第X扇区时，选取第VI扇区和第IX扇区共同边缘的中矢 量以及第I扇区和第X扇区共同边缘的小矢量为合格电压矢量。
【文档编号】H02P29/028GK106026833SQ201610461418
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】赵静, 关兴, 高旭, 刘向东
【申请人】北京理工大学