预测电流控制下开关磁阻电机单电流传感器故障容错方法

1.本发明涉及开关磁阻电机容错控制技术领域，主要针对预测电流控制下开关磁阻电机的容错运行。


背景技术：

2.开关磁阻电机(switched reluctance motor，srm)因结构简单，成本低，可控性优越等特点而受到了广泛关注。目前开关磁阻电机已成功应用于电动机车，高速驱动、航空航天等众多领域中。
3.模型预测控制技术因其逻辑简单，控制精度高等特点而被广泛应用于开关磁阻电机控制系统中。开关磁阻电机的预测电流控制就是一种控制精度较高的模型预测控制技术，但其依赖于电流传感器提供各相反馈电流，因此对预测电流控制下的开关磁阻电机系统进行电流传感器容错技术研究是十分有必要的。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种预测电流控制下开关磁阻电机单电流传感器故障容错方法，能够在预测电流控制下的开关磁阻电机系统发生电流传感器故障时，使系统仍能保持正常运行，且不需要增加任何额外的电流传感器。
5.为实现上述目的，提供技术方案如下：
6.预测电流控制下开关磁阻电机单电流传感器故障容错方法，其特征在于可以在单个电流互感器故障的情况下通过在线测量其他两相运行参数，计算得到故障相导通区间内每个pwm 周期的电流变化率，再确定故障相每个pwm周期开关信号的占空比从而实现系统的容错运行，具体步骤为：
7.在系统发生单相电流传感器故障情况下，具体到在三相开关磁阻电机的c相发生电流传感器故障时：
8.(1)以接下来a相、b相、c相完整导通一次作为一个控制周期，记录下此控制周期内 a、b相在其导通区间内每一个pwm周期的开关信号占空比，以及电流变化值；
9.(2)得到a相和b相在每一个pwm周期的电流变化值表达式；
10.(3)联立a相和b相的电流变化值表达式，就可以得到开关磁阻电机系统在本控制周期内每一个pwm周期的励磁续流及退磁三种状态下的电流变化率；
11.(4)根据步骤3得到的本控制周期内的每一个pwm周期的三种电流变化率及pi控制器给出的参考电流与此时刻故障相电流值的差，由预测电流控制原理确定下一时刻故障相的开关信号；
12.(5)确定下一时刻故障相的开关信号的pwm占空比，完成容错运行。
附图说明
13.图1为预测电流控制下三相开关磁阻电机系统所用的不对称半桥拓扑。
14.图2为预测电流控制下开关磁阻电机在t＝0.24s时发生c相传感器故障时容错控制的仿真结果。
具体实施方式
15.一种预测电流控制下开关磁阻电机单电流传感器故障容错方法，其特征为该容错方法通过开关磁阻电机控制系统实现，该系统包括开关磁阻电机，直流电源，不对称半桥功率变换器，以及各相电流传感器，控制方式采用精准占空比预测电流控制，参考电流由转速外环的 pi控制器给出，假设该开关磁阻电机系统各相完全一致，且在一个pwm周期内相电感保持不变。
16.下面结合附图详细说明本发明实施例中的容错技术方案。附图1为实施例中三相开关磁阻电机系统所用的三相不对称半桥功率变换器，其中sa、sb、sc分别为a、b、c相电流传感器。当检测到三相任意一相的电流传感器发生故障后，具体到c相传感器故障时；
17.忽略互感，并且假设在一周期内相电感不变，则开关磁阻电机的电压方程为
[0018][0019]
则电流变化率为:
[0020][0021]
则系统在正电压励磁，零电压续流和负电压退磁状态下的电流变化率为:
[0022][0023]
其中k
on
、k
down
、k
off
分别为正电压励磁，零电压续流和负电压退磁时的电流变化率， u
dc
为母线电压。
[0024]
步骤1：以接下来a相、b相、c相完整导通一次作为一个控制周期，记录下此控制周期内a相、b相在其导通区间内每一个pwm周期的开关信号占空比，以及电流变化值；
[0025]
步骤2：根据步骤1得到的参数可以得到a相和b相的电流变化值表达式：
[0026][0027][0028]
其中ta(k+1)，tb(k+1)分别为a相、b相在当前时刻的占空比
[0029]
步骤3：根据(4)(5)得到a相、b相电流变化值表达式后，联立两式后，就可以得到本控制周期内每个pwm周期励磁续流及退磁时的电流变化率。以ta、tb都大于o为例，联立得到的方程组如下：
[0030][0031]
则由式(6)可得：
[0032][0033]
根据式(7)就可以得到本控制周期内每个pwm周期励磁续流及退磁时的电流变化率
[0034]
步骤4：根据步骤3得到的本控制周期内的每一个pwm周期的电流变化率及pi控制器给出的参考电流与当前时刻故障相电流值的差，由预测电流控制原理确定下一时刻故障相的开关信号。其中当前时刻故障相电流是由上一时刻的故障相预测电流值结合故障相上一pwm周期的开关信号占空比计算得到，计算公式如下：
[0035][0036]
其中tc(k)为上一pwm周期c相开关信号的占空比。
[0037]
预测电流控制原理如下:
[0038]
设i
on
(k+1)＝ic+k
on
(k+1)
·
ts，i
down
(k+1)＝i
c-k
down
(k+1)
·
ts，i
off
(k+1)＝i
c-k
on
(k+1)
·
ts[0039]
情况1：当i
ref
》i
on(k+1)
时，下一周期应保持正电压励磁；
[0040]
情况2：当0《i
ref
《i
on(k+1)
时，下一周期应既有正电压励磁状态，也有零电压续流状态；
[0041]
情况3：当i
down(k+1)
《i
ref
《i
off(k+1
)时，下一周期应既有负电压退磁状态，也有零电压续流状态；
[0042]
情况4：当i
ref
《i
off(k+1)
时，下一周期应保持负电压退磁；
[0043]
情况5：当i
off(k+1)
《i
ref
《0时，下一周期应保持零电压续流状态。
[0044]
其中，i
ref
为pi控制器输出的参考电流。
[0045]
步骤5：根据预测的故障相下一pwm周期状态，如果是情况2，3，则需要两种开关状态的组合。两种状态的开关信号占空比分别计算如下：
[0046][0047][0048]
其中，t1、t2为情况2励磁和续流状态的占空；t1、t2为情况2励磁和续流状态的占空比。
[0049]
根据式(9)、式(10)，即可得到故障相在每个pwm周期的开关信号脉宽调制比，实现
容错运行。
[0050]
设置开关磁阻电机系统开通角为0
°
，关断角为19
°
，电源电压为24v，设置采样频率为20k。如附图2所示，设置c相在t＝0.24s时发生电流传感器故障，由仿真结果知，在故障发生后，c相关断。接着在容错措施启动后，c相相电流仍能保持稳定，系统可以正常运转，实现了容错运行。
[0051]
本发明的贡献是可以在预测电流控制下的开关磁阻电机系统发生电流传感器故障时，仍能让系统实现容错运行，且不需要任何额外的电流传感器及外接设备。大大提高了精准占空比预测电流控制下的开关磁阻电机系统的稳定性，降低了容错成本。