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专利号: 2020103735537
申请人: 长安大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-05-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多直流电机串联容错控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、系统初始化,对每一个PI控制器的参数进行初始化设置,同时输入参考速度ω1ref,ω2ref…ωnref,将转速位置传感器检测的数据经过转速计算单元得到电机的实时速度ω1,ω2…ωn传输到速度调节模块得到速度误差eω1,eω2…eωn;

S2、将步骤S1中得到的速度误差通过PI控制器转换为相应的电流In1,In2…Inn,输入到参考转矩计算单元得到相应的参考转矩T1ref,T2ref…Tn+1ref;

S3、将电流检测模块测量到的电机电流X1,X2…Xn进行重构计算得到实时转矩T1,T2…Tn+1,与步骤S2得到的参考转矩经过转矩调节模块得到转矩误差e1,e2…en+1;转矩计算、故障检测和容错控制策略单元对检测得到的电流进行判断得到控制策略F同时计算当前直流电机的实时转矩,将控制策略F分别传给参考转矩计算单元、PWM脉冲宽度调制单元、(n+1)相电压源型容错逆变器,控制参考转矩计算单元、PWM脉冲宽度调制单元、(n+1)相电压源型容错逆变器执行控制策略F;

S4、将步骤S3得到的转矩误差e1,e2…en+1使用转矩滞环比较控制器得到相应的占空比信号H1,H2…Hn+1,最后,通过PWM脉冲宽度调制单元对得到的占空比信号进行处理,输出两路互补信号,分别控制(n+1)电压源型容错逆变器的每个桥臂上下功率开关管的通断,实现对电机的控制,通过改变参考速度ω1ref,ω2ref…ωnref实现电机的反向运行。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S1中,速度误差计算如下:eωi=ωiref-ωi

其中,i取值范围为0~n,参考转速为ωiref,实际转速为ωi。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S2中,速度误差eω1,eω2…eωn在PI控制器的作用下得到电流In1,In2…Inn,电流计算如下:Ini=Kpeωi+Ki∫eωidt

其中,i=1,2…n,Kp和Ki为控制增益,速度误差为eω1,eω2…eωn;

同时将得到的电流经过转矩计算单元得到参考转矩T1ref,T2ref…Tn+1ref公式如下:其中,ki,0

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S3中,将永磁同步电机电流检测传感器测量到的电机电流X1,X2…Xm进行重构计算得到实时转矩T1,T2…Tn+1,与步骤S2得到的参考转矩经过转矩调节模块得到转矩误差e1,e2…em+1,重构转矩计算如下:其中,直流电机的检测电流为X1,X2…Xn,相对应的直流电机转矩常数为ki,0

转矩误差如下:

ei=Tiref-Ti

其中,Tiref为参考转矩,Ti为重构得到的实时转矩,i取值为1~(n+1),n表示电机数量值;

步骤S3中的控制策略计算公式分为四种情况,如下:

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,当系统健康没有故障电机的时候参考转矩以及实时转矩计算公式如下:其中,ki,0

其中,电机电流为X1,X2…Xn,相对应的直流电机转矩常数为ki,0

6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,单电机故障的时候:a、当只有一个电机故障,并且是第一个故障的时候,直接令其电磁转矩参数为0即k1=

0:当最后一个电机故障的时候kn=0,计算得到的值即为所求,参考转矩表达式如下:其中,ki,0

其中,电机电流为X1,X2…Xn,相对应的直流电机转矩常数为ki,0

b、当第1到n之间的电机故障的时候,且n=3的时候,表达式如下:其中,ki,0

其中,电机电流为X1,X2,X3,相对应的直流电机转矩常数为ki,0

c、如果n>3,当位于中间的某个电机且非第二个电机故障的时候,对应的ki=0;

转矩计算公式如下:

其中,ki,0

其中,电机电流为X1,X2…Xn,相对应的直流电机转矩常数为ki,0

d、如果n>3,当第二个电机故障的时候,转矩计算公式如下,其中的k2=0,即计算结果中T2ref=0,T2=0:其中,ki,0

其中,电机电流为X1,X2…Xn,相对应的直流电机转矩常数为ki,0

7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,当有两个电机故障的时候:a、如果故障的两台电机中间有且仅有一个电机正常工作的时候,该电机就是单电机控制;该电机对应的转矩计算公式为Tiref=kiIiref,Ti+1ref=0,Ti=kiXi,Ti+1=0,0

b、当两台电机的位置随机的时候直接将对应的直流电机转矩常数为0即可得到该状态下的转矩计算公式。

8.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,当有多台电机故障的时候:a、如果多台电机故障导致电路中出现某个电机的前后电机都是故障的时候,形成单电机控制,该电机的转矩计算公式按照单电机运行控制,其他的电机按照正常的转矩计算公式计算;

单电机转矩计算公式为:

Tiref=kiIiref,Ti+1ref=0

其中,ki,0

Ti=kiXi,Ti+1=0

其中,电机电流为X1,X2…Xn,相对应的直流电机转矩常数为ki,0

b、当电机故障没有形成单电机控制的时候,计算转矩的方式就是该电机对应的直流电机转矩常数为0,所得到的转矩就是所需要的参考转矩和实时转矩。

9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S4中,经过转矩滞环比较控制器输出的占空比在PWM脉冲宽度调制单元的作用下得到一对互补的信号用于控制n+1相电压源型容错逆变器相应桥臂的上下两个开关管;步骤S4中滞环误差计算如下:ei=Tiref-Ti

输出占空比计算如下:

其中,i=1,2,…n+1,Q表示上一时刻输出值,δ为转矩滞环比较控制器的阈值,eIi为电流误差同时也是转矩滞环比较控制器的输入,Hi为转矩滞环比较控制器的输出;

步骤S4中的PWM脉冲宽度调制单元产生的控制逆变器开关管通断的脉冲信号逻辑生成函数为:其中,i=1,2,…n+1,输出信号0,1分别控制桥臂上下的两个开关管的通断,0表示断开,1表示接通。

10.一种多直流电机串联容错控制系统,用于执行权利要求1~9任一项所述的控制方法,其特征在于,包括n个串联连接的直流电机,及n个PI控制器,及一个参考转矩计算单元,及(n+1)个转矩滞环比较控制器,及一个PWM脉冲宽度调制单元,及(n+1)相电压源型容错逆变器,及转矩计算、故障检测和容错控制策略单元,及永磁同步电机电流检测传感器,及转速位置传感器,及直流电源;

参考转矩计算单元的输入端与n个PI控制器分别连接,参考转矩计算单元的输出端与(n+1)个转矩滞环比较控制器的输入端分别连接;PWM脉冲宽度调制单元的输入端与(n+1)个转矩滞环比较控制器的输出端分别连接,PWM脉冲宽度调制单元的输出端与(n+1)相电压源型容错逆变器连接;n个串联连接的直流电机连接(n+1)相电压源型容错逆变器;转速位置传感器通过转速计算单元与速度调节模块连接;永磁同步电机电流检测传感器通过转矩计算、故障检测和容错控制策略单元与电流调节模块连接;(n+1)相电压源型容错逆变器包括2*(n+1)个IGBT模块,2*(n+1)个IGBT模块采用两两串联的方式组成n+1个桥臂并在每个桥臂的两端各设有一个熔断器,每个桥臂并联在直流电源的正负极,串联的n个直流电机分别连接一个双向晶闸管之后连接到n+1个桥臂的中间位置;每一个桥臂的两端都有一个熔断器,用于防止电机损坏导致的电路电流增大,保护电路;同时在每个桥臂的两个IGBT模块的中间连接一个双向晶闸管然后连接直流电机,其中双向晶闸管用于双向导电实现直流电机的正反控制;直流电机连接每个桥臂的连接方式如下:第一个直流电机的正极连接一个双向晶闸管之后连接至第一条桥臂的中间位置,负极与第二个直流电机的正极共同连接一个双向晶闸管之后连接至第二条桥臂的中间位置;

第二个直流电机的负极与第三个直流电机的正极共同连接一个双向晶闸管之后连接至第三条桥臂的中间位置;

第n-1个直流电机的负极与第n个直流电机的正极共同连接一个双向晶闸管之后连接至第n条桥臂的中间位置,第n个直流电机的负极单独连接一个双向晶闸管之后连接至第n+

1条桥臂的中间位置。