一種具有容錯功能的開關磁阻電機相電流重構方法與流程
2023-08-04 23:59:46
本發明涉及一種具有容錯功能的開關磁阻電機相電流重構方法，適用於任意相的開關磁阻電機相電流重構。
背景技術：
：傳統的開關磁阻電機相電流獲取方法主要通過每相安裝一個電流傳感器實現，對於N相開關磁阻電機而言，共需要N個電流傳感器，成本較高，且電流傳感器發生電流偏置故障後，缺少有效的偏置電流補償策略。開關磁阻電機具有嚴重的非線性特性，無法根據精確的數學模型進行相電流的觀測。因此為減少電流傳感器的使用數量，提高其容錯能力，需要提出新的具有良好容錯能力的相電流重構策略。技術實現要素：技術問題：本發明的目的是針對已有技術中存在問題，提供一種具有容錯功能的開關磁阻電機相電流重構方法。技術方案：本發明具有容錯功能的三相開關磁阻電機相電流重構方法。(1)將一個轉子周期分為AI、BI、CI三個區間，在AI區間，相電流重構表達式為：{ia=(b3iL1-a3iL2)/(a1b3-a3b1)ic=(a1iL2-b1iL1)/(a1b3-a3b1)---(1)]]>其中，a1，b1，c1為通過傳感器1的繞組匝數；a2，b2，c2為通過傳感器2的繞組匝數；iL1，iL2為所用電流傳感器的電流值，ia，ib，ic為重構的相電流值。在BI區間，相電流重構表達式為：ia=(b2iL1-a2iL2)/(a1b2-a2b1)ib=(a1iL2-b1iL1)/(a1b2-a2b1)---(2)]]>在CI區間，相電流重構表達式為：ib=(b3iL1-a3iL2)/(a2b3-a3b2)ic=(a2iL2-b2iL1)/(a2b3-a3b2)---(3)]]>(2)針對電流傳感器偏置故障，選定a1，b1，c1為1,1,1，選定a2，b2，c2為1，-1,2，得到AI、BI、CI區間偏置電流與相電流偏差的關係為：傳感器1偏置情況下，Δia=2isetΔic=-iset---(4)]]>Δia=iset/2Δib=iset/2---(5)]]>Δib=2iset/3Δic=iset/3---(6)]]>其中，iset為偏置電流值，Δia，Δib，Δic為重構電流偏差值。傳感器2偏置情況下，Δia=-isetΔic=iset---(7)]]>Δia=iset/2Δib=-iset/2---(8)]]>{Δib=-iset/3Δic=iset/3---(9)]]>(3)選取AI上升沿的Δib、BI上升沿的Δic、CI上升沿的Δia作為定位偏置電流傳感器的依據，若Δib、Δic、Δia分別正負正，則電流傳感器1正偏置故障，若Δib、Δic、Δia分別負正負，則電流傳感器1負偏置故障，若Δib、Δic、Δia分別負正正，則電流傳感器2正偏置故障，若Δib、Δic、Δia分別正負負，則電流傳感器2負偏置故障。(4)在定位到偏置傳感器後，根據實時計算的電流偏差值採用直接補償或比例積分補償策略進行容錯重構。(5)電流斜率di/dt與斬波信號P的關係為，didt=1L(-iR-i∂L∂θω)0P=1---(10)]]>其中，Us為電源電壓，L為電機繞組電感，i為相電流，R為繞組內阻，θ為轉子位置角，ω為電機轉子角速度。當發生短路故障後，didt=1L(Us-iR-i∂L∂θω)>0P=01L(Us-iR-i∂L∂θω)>0P=1---(11)]]>選取電流斜率與斬波信號的異或關係作為故障特徵量進行斬波管故障診斷，當電流斜率與斬波信號的異或關係為高即判斷斬波管發生故障。針對位置導通管短路故障，採用被診斷相與上一相的負電壓續流關係進行診斷，當被診斷相的負電壓續流時間超過上一相負電壓續流時間的兩倍後，即判斷發生位置導通管短路故障。(6)針對主開關管短路故障情況，引入虛擬電流傳感器進行容錯重構。利用上一相的電流重構值求解虛擬電流傳感器的電流值，viL3k＝c1iak-1+c2ibk-1+c3ick-1(12)其中，c1、c2、c3為繞組通過虛擬電流傳感器的匝數，iak-1、ibk-1、ick-1為k-1時刻相電流重構值，viL3k為k時刻的虛擬電流傳感器的值。c1、c2、c3按照如下原則進行確定：若A相在k-1時刻的電流差值等於三相電流差值中的最小值，對應係數c1、c2、c3分別為1,0,0；若B相在k-1時刻的電流差值等於三相電流差值中的最小值，對應係數c1、c2、c3分別為0,1,0；若C相在k-1時刻的電流差值等於三相電流差值中的最小值，對應係數c1、c2、c3分別為0,0,1。由此可得，短路故障情況下的三相同時導通的區間電流重構值為，ia=a2b3viL3-a3b2viL3-a2c3iL2+a3c2iL2+b2c3iL1-b3c2iL1a1b2c3-a1b3c2-a2b1c3+a2b3c1+a3b1c2-a3b2c1ib=-a1b3viL3-a3b1viL3-a1c3iL2+a3c1iL2+b1c3iL1-b3c1iL1a1b2c3-a1b3c2-a2b1c3+a2b3c1+a3b1c2-a3b2c1ic=a1b2viL3-a2b1viL3-a1c2iL2+a2c1iL2+b1c2iL1-b2c1iL1a1b2c3-a1b3c2-a2b1c3+a2b3c1+a3b1c2-a3b2c1---(13)]]>結合正常區間內的電流重構值即可得到每周期內的電流值。有益效果：本發明對任意相數開關磁阻電機的相電流重構均適用。在每個轉子周期的不同區間通過解線性方程組進行電流信息計算，將所有區間的各相電流信息組合得到完整的電流信息，減少了電流傳感器的數量。針對電流傳感器偏置故障，得到了基於電流偏差值的偏置傳感器定位方法和偏置電流補償方法。針對主開關短路故障，得到了基於電流斜率和斬波信號的斬波管短路故障診斷方法和基於續流時間的位置導通管短路故障診斷方法，並通過引入虛擬電流傳感器進行容錯重構，達到了本發明的目的。該開關磁阻電機相電流重構方法，側重於算法，減少了電流傳感器的使用數量，並提高了容錯重構能力，實用性強，具有廣泛的工程應用價值。附圖說明圖1是本發明的三相開關磁阻電機電流傳感器安裝位置示意圖。圖2是本發明的三相開關磁阻電機電流傳感器與繞組關係示意圖。圖3是本發明的三相開關磁阻電機區間劃分示意圖。圖4是本發明的三相開關磁阻電機電流偏置直接補償示意圖。圖5是本發明的三相開關磁阻電機電流偏置比例積分補償示意圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述。本發明以三相開關磁阻電機為例，如圖1所示，三相繞組以不同繞組匝數不同方向穿過兩隻電流傳感器LEM1和LEM2。如圖2所示，選定a1，b1，c1為1,1,1，選定a2，b2，c2為1，-1,2，電流傳感器的參考正方向為由內到外。A、B、C相繞組均以1匝按照參考正方向穿過LEM1，A、C相繞組分別以1匝、2匝按照參考正方向穿過LEM2，B相繞組以1匝按照參考正方向的相反方向穿過LEM2。具有容錯功能的三相開關磁阻電機相電流重構方法，每個轉子周期的區間劃分如圖3所示，從A相開通區間到B相開通區間為AI區間，從B相開通區間到C相開通區間為BI區間，從C相開通區間到A相開通區間為CI區間.(1)在AI區間，相電流重構表達式為：{ia=(b3iL1-a3iL2)/(a1b3-a3b1)ic=(a1iL2-b1iL1)/(a1b3-a3b1)---(1)]]>其中，a1，b1，c1為通過傳感器1的繞組匝數；a2，b2，c2為通過傳感器2的繞組匝數；iL1，iL2為所用電流傳感器的電流值，ia，ib，ic為重構的相電流值。在BI區間，相電流重構表達式為：ia=(b2iL1-a2iL2)/(a1b2-a2b1)ib=(a1iL2-b1iL1)/(a1b2-a2b1)---(2)]]>在CI區間，相電流重構表達式為：ib=(b3iL1-a3iL2)/(a2b3-a3b2)ic=(a2iL2-b2iL1)/(a2b3-a3b2)---(3)]]>(2)針對電流傳感器偏置故障，選定a1，b1，c1為1,1,1，選定a2，b2，c2為1，-1,2，得到AI、BI、CI區間偏置電流與相電流偏差的關係為：傳感器1偏置情況下，Δia=2isetΔic=-iset---(4)]]>Δia=iset/2Δib=iset/2---(5)]]>Δib=2iset/3Δic=iset/3---(6)]]>其中，iset為偏置電流值，Δia，Δib，Δic為重構電流偏差值。傳感器2偏置情況下，Δia=-isetΔic=iset---(7)]]>Δia=iset/2Δib=-iset/2---(8)]]>{Δib=-iset/3Δic=iset/3---(9)]]>(3)選取AI上升沿的Δib、BI上升沿的Δic、CI上升沿的Δia作為定位偏置電流傳感器的依據，若Δib、Δic、Δia分別正負正，則電流傳感器1正偏置故障，若Δib、Δic、Δia分別負正負，則電流傳感器1負偏置故障，若Δib、Δic、Δia分別負正正，則電流傳感器2正偏置故障，若Δib、Δic、Δia分別正負負，則電流傳感器2負偏置故障。(4)在定位到偏置傳感器後，如圖4所示，可以根據實時計算的電流偏差值採用直接補償策略實現容錯重構。當首次計算得到電流偏置值後，路徑1阻斷，並保存補償值，從第二次計算得到電流偏置值後，若電流偏置值的絕對值大於0.1A時路徑2開通，避免補償振蕩問題。如圖5所示，也可以根據比例積分補償策略進行容錯重構。計算得到電流偏置值後，通過比例積分作用將偏置值消除。(5)電流斜率di/dt與斬波信號P的關係為，didt=1L(-iR-i∂L∂θω)0P=1---(10)]]>其中，Us為電源電壓，L為電機繞組電感，i為相電流，R為繞組內阻，θ為轉子位置角，ω為電機轉子角速度。當發生短路故障後，didt=1L(Us-iR-i∂L∂θω)>0P=01L(Us-iR-i∂L∂θω)>0P=1---(11)]]>選取電流斜率與斬波信號的異或關係作為故障特徵量進行斬波管故障診斷，當電流斜率與斬波信號的異或關係為高即判斷斬波管發生故障。針對位置導通管短路故障，採用被診斷相與上一相的負電壓續流關係進行診斷，當被診斷相的負電壓續流時間超過上一相負電壓續流時間的兩倍後，即判斷發生位置導通管短路故障。(6)針對主開關管短路故障情況，引入虛擬電流傳感器進行容錯重構。利用上一相的電流重構值求解虛擬電流傳感器的電流值，viL3k＝c1iak-1+c2ibk-1+c3ick-1(12)其中，c1、c2、c3為繞組通過虛擬電流傳感器的匝數，iak-1、ibk-1、ick-1為k-1時刻相電流重構值，viL3k為k時刻的虛擬電流傳感器的值。c1、c2、c3按照如下原則進行確定：若A相在k-1時刻的電流差值等於三相電流差值中的最小值，對應係數c1、c2、c3分別為1,0,0；若B相在k-1時刻的電流差值等於三相電流差值中的最小值，對應係數c1、c2、c3分別為0,1,0；若C相在k-1時刻的電流差值等於三相電流差值中的最小值，對應係數c1、c2、c3分別為0,0,1。由此可得，短路故障情況下的三相同時導通的區間電流重構值為，ia=a2b3viL3-a3b2viL3-a2c3iL2+a3c2iL2+b2c3iL1-b3c2iL1a1b2c3-a1b3c2-a2b1c3+a2b3c1+a3b1c2-a3b2c1ib=-a1b3viL3-a3b1viL3-a1c3iL2+a3c1iL2+b1c3iL1-b3c1iL1a1b2c3-a1b3c2-a2b1c3+a2b3c1+a3b1c2-a3b2c1ic=a1b2viL3-a2b1viL3-a1c2iL2+a2c1iL2+b1c2iL1-b2c1iL1a1b2c3-a1b3c2-a2b1c3+a2b3c1+a3b1c2-a3b2c1---(13)]]>結合正常區間內的電流重構值即可得到每周期內的電流值。當前第1頁1 2 3