一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统及其控制策略

1.本发明涉及一种电机系统及控制策略，尤其是一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统及其控制策略，属于电机控制设计研发技术领域。


背景技术：

2.双三相永磁同步电机具有冗余性和高可靠性的优点，其中无相移的双绕组结构相对简单、制造工艺相对容易，因而广泛应用于智能制造装备、航空航天、新一代轨道交通等领域。特殊的应用领域对于电机的可靠性及容错控制要求更高，由于双三相永磁同步电机特殊的电机绕组结构需要两套逆变器提供电压，在电机出现开相故障时，为保证输出功率尽可能大，会使得流经其他相的电流变大，这样会造成逆变器结温升高、发热严重的问题，进而导致逆变器寿命减小、电机性能变差，同时一定程度损害电机的驱动电路。
3.目前有很多双三相永磁同步电机的开相容错控制策略，虽然有很多研究结果，但各类控制方法常有以下局限性：控制策略大多都基于电机输出侧转矩进行控制设计，其控制方法往往不兼顾驱动电路部分，对电机及其控制系统整体性能和健康度考虑有局限性。在实施控制策略时，并未有效利用允许范围内所有电流值解，因此可能并非特定条件下的最优控制。
4.鉴于上述原因，有必要针对双三相永磁同步电机发生开相故障时的驱动电路和电机输出侧整体统一控制策略展开研究。


技术实现要素：

5.为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统及其控制策略，它可以同时兼顾电机负载侧的转矩输出需要和驱动电路的健康度要求，避免因为驱动电路发生过流而致损坏的二次故障，保证电机系统的开相冗余特性。
6.为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
7.一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统，包括转速pi模块、电流pi模块、dq-αβ坐标变换模块、[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块、空间矢量脉宽调制svpwm模块、逆变器、双三相永磁同步电机、编码器、mopso多目标粒子群优化模块、[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块、αβ-dq坐标变换模块以及电压计算模块；
[0008]
所述转速pi模块输入目标转速n
*
与实际转速n的差值，输出q轴电流给定值
[0009]
所述电流pi模块输入q轴电流给定值与q轴电流优化值的差值，输出q轴电压给定值
[0010]
所述dq-αβ坐标变换模块输入dq旋转坐标系下d轴电压给定值和q轴电压给定值以及电机电角度θe，输出αβ静止坐标系下电压给定值和
[0011]
所述[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块输入[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电压
给定值和输出[a b c d e f]坐标系下电压给定值和
[0012]
所述空间矢量脉宽调制svpwm模块输入[a b c d e f]坐标系下电压给定值和输出逆变器开关控制信号；
[0013]
所述逆变器输入逆变器开关控制信号，输出双三相永磁同步电机所需的a-f六相pwm电压波形以及对应的[a b c d e f]坐标系下电流值ia、ib、ic、id、ie和if，所述双三相永磁同步电机无相移并连接编码器，所述编码器输出实际转速n和电机电角度θe；
[0014]
所述mopso多目标粒子群优化模块输入[a b c d e f]坐标系下电流值ia、ib、ic、id、ie和if，通过逐次迭代得到最优解的[a b c d e f]坐标系下电流给定值和
[0015]
所述[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块输入[a b c d e f]坐标系下电流给定值和输出[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和
[0016]
所述αβ-dq坐标变换模块输入αβ静止坐标系下电流给定值和以及电机电角度θe，输出dq旋转坐标系下d轴电流给定值和q轴电流优化值
[0017]
所述电压计算模块输入dq旋转坐标系下d轴电流给定值q轴电流优化值以及[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和输出dq旋转坐标系下d轴电压给定值以及[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电压给定值和
[0018]
一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统的控制策略，包括以下步骤：
[0019]
转速pi模块将设定的目标转速n
*
与编码器反馈的实际转速n的差值作为输入，并运算得到q轴电流给定值给向电流pi模块，同时电流pi模块接收经mopso多目标粒子群优化模块、[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块和αβ-dq坐标变换模块优化后的q轴电流优化值通过运算得到dq旋转坐标系下q轴电压给定值给向dq-αβ坐标变换模块，同时dq-αβ坐标变换模块接收编码器反馈的电机电角度θe以及电压计算模块输出的dq旋转坐标系下d轴电压给定值变换得到αβ静止坐标系下电压给定值和给向[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块，计算公式如下：
[0020][0021]
同时[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块接收电压计算模块输出的[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电压给定值和与电压给定值和组成六行一列矩阵，[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块设计有以下计算矩阵：
[0022][0023]
通过上述计算矩阵与组成的六行一列矩阵相乘，结果为：
[0024][0025]
得到[a b c d e f]坐标系下电压给定值和给向空间矢量脉宽调制svpwm模块，通过扇区判断和矢量作用时间计算得到逆变器开关控制信号给向逆变器，逆变器将直流电信号转换为a-f六相pwm电压波形对应的三相交流电信号供双三相永磁同步电机使用，双三相永磁同步电机内含两套无相移绕组，编码器采集双三相永磁同步电机的实际转速n和电机电角度θe，mopso多目标粒子群优化模块接收a-f六相pwm电压波形对应的[a b c d e f]坐标系下电流值ia、ib、ic、id、ie和if，mopso多目标粒子群优化模块设计有优化算法目标函数如下：
[0026]
f(i)＝min{f
s-f
s*
}
[0027]
式中：fs表示电机开相前磁动势，f
s*
表示电机开相后磁动势；
[0028]
由于双三相永磁同步电机的总磁动势等于各相路磁动势相加，将电机开相前后的磁动势通过欧拉公式变换在复数域内表示如下：
[0029]fs
＝fa+fb+fc+fd+fe+ff[0030]
＝n
·
(ia·ej0
°
+ib·ej120
°
+ic·ej240
°
+id·ej0
°
+ie·ej120
°
+if·ej240
°
)
[0031][0032]
式中：fa、fb、fc、fd、fe、ff分别表示开相前各相路磁动势，f
b*
、f
c*
、f
d*
、f
e*
、f
f*
分别表示开相后各相路磁动势，n表示每相绕组匝数，e表示自然对数，j表示虚数单位，并且满足电机开相前电流值ia＝ib＝ic＝id＝ie＝if，电机开相后对应开相路电流值和磁动势为0；
[0033]
同时设计有约束条件函数如下：
[0034][0035]
式中：i
mosfet_max
表示逆变器中功率半导体所能允许通过的最大电流；
[0036]
通过逐次迭代得到同时满足优化算法目标函数和约束条件函数的[a b c d e f]坐标系下电流给定值和给向[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块，[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块设计有以下计算矩阵：
[0037][0038]
通过上述计算矩阵与电流给定值和的六行一列矩阵相乘，结果为：
[0039][0040]
得到[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和其中电流给定值和给向αβ-dq坐标变换模块，电流给定值和给向电压计算模块，同时αβ-dq坐标变换模块接收编码器反馈的电机电角度θe，变换得到dq旋转坐标系下d轴电流给定值和q轴电流优化值计算公式如下：
[0041][0042]
其中d轴电流给定值和q轴电流优化值均给向电压计算模块，此外q轴电流优化值还给向电流pi模块，电压计算模块将不同坐标系下的电流给定值进行特定计算得出电压给定值，形成闭环控制，具体计算如下：
[0043]
对于d轴电压给定值计算公式为：
[0044][0045]
对于[z1 z2 z3]子平面的电压给定值和计算公式为：
[0046][0047]
对于[z0]子平面的电压给定值计算公式为：
[0048][0049]
式中，rs表示电机绕组电阻，i2×2表示两行两列单位矩阵，ωe表示电角速度，表示电机开相后等效电机电感系数，i3×3表示三行三列单位矩阵，表示电机开相后等效电机电感系数矩阵，p表示电机极对数。
[0050]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明引入多目标粒子群优化算法，以磁动势表征电机转矩输出能力，以开相前后磁动势差值为优化算法目标函数，以电机驱动电路部分电流阈值为约束条件函数，迭代得到开相后各相路电流给定值最优解，区别于传统只关注电机负载侧所给定电流使得驱动电路损坏易造成二次故障，在发生一相开相故障时，本发明可以同时兼顾电机负载侧的转矩输出需要和驱动电路的健康度要求，在驱动电路部分所能承受的电流极限下保证转矩输出开相前后相差最小，实现电机系统的整体开相容错控制，避免因为驱动电路发生过流而致损坏的二次故障情况，从根源上杜绝了二次故障风险，保证系统的开相冗余特性，有助于增加电机系统稳定性、降低维护成本。
附图说明
[0051]
图1是本发明的双三相永磁同步电机开相故障驱动系统的拓扑图。
具体实施方式
[0052]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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。
[0053]
如图1所示，一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统，包括转速pi模块1、电流pi模块2、dq-αβ坐标变换模块3、[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块4、空间矢量脉宽调制svpwm模块5、逆变器6、双三相永磁同步电机7、编码器8、mopso多目标粒子群优化模块9、[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块10、αβ-dq坐标变换模块11以及电压计算模块12。
[0054]
所述转速pi模块1输入目标转速n
*
与实际转速n的差值，输出q轴电流给定值
[0055]
所述电流pi模块2输入q轴电流给定值与q轴电流优化值的差值，输出q轴电压给定值
[0056]
所述dq-αβ坐标变换模块3输入dq旋转坐标系下d轴电压给定值和q轴电压给定值以及电机电角度θe，输出αβ静止坐标系下电压给定值和
[0057]
所述[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块4输入[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电
压给定值和乘以以下计算矩阵：
[0058][0059]
输出[a b c d e f]坐标系下电压给定值和
[0060]
所述空间矢量脉宽调制svpwm模块5输入[a b c d e f]坐标系下电压给定值和输出逆变器开关控制信号；
[0061]
所述逆变器6输入逆变器开关控制信号，输出双三相永磁同步电机7所需的a-f六相pwm电压波形以及对应的[a b c d e f]坐标系下电流值ia、ib、ic、id、ie和if，所述双三相永磁同步电机7无相移并连接编码器8，所述编码器8输出实际转速n和电机电角度θe；
[0062]
所述mopso多目标粒子群优化模块9输入[a b c d e f]坐标系下电流值ia、ib、ic、id、ie和if，mopso多目标粒子群优化模块9设计有优化算法目标函数如下：
[0063][0064]
式中：fs表示电机开相前磁动势，表示电机开相后磁动势；
[0065]
将电机开相前后的磁动势通过欧拉公式变换在复数域内表示如下：
[0066]fs
＝fa+fb+fc+fd+fe+ff[0067]
＝n
·
(ia·ej0
°
+ib·ej120
°
+ic·ej240
°
+id·ej0
°
+ie·ej120
°
+if·ej240
°
)
[0068][0069]
式中：fa、fb、fc、fd、fe、ff分别表示开相前各相路磁动势，f
b*
、f
c*
、f
d*
、f
e*
、f
f*
分别表示开相后各相路磁动势，n表示每相绕组匝数，e表示自然对数，j表示虚数单位，并且满足电机开相前电流值ia＝ib＝ic＝id＝ie＝if，电机开相后对应开相路电流值和磁动势为0；
[0070]
同时设计有约束条件函数如下：
[0071][0072]
式中：i
mosfet_max
表示逆变器中功率半导体所能允许通过的最大电流；
[0073]
通过逐次迭代得到同时满足优化算法目标函数和约束条件函数的[a b c d e f]坐标系下电流给定值和
[0074]
所述[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块10输入[a b c d e f]坐标系下电流给定值和乘以以下计算矩阵：
[0075][0076]
输出[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和
[0077]
所述αβ-dq坐标变换模块11输入αβ静止坐标系下电流给定值和以及电机电角度θe，输出dq旋转坐标系下d轴电流给定值和q轴电流优化值
[0078]
所述电压计算模块12输入dq旋转坐标系下d轴电流给定值q轴电流优化值以及[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和输出dq旋转坐标系下d轴电压给定值以及[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电压给定值和
[0079]
如图1所示，一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统的控制策略，包括以下步骤：
[0080]
转速pi模块1将设定的目标转速n
*
与编码器8反馈的实际转速n的差值作为输入，并运算得到q轴电流给定值给向电流pi模块2，同时电流pi模块2接收经mopso多目标粒子群优化模块9、[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块10和αβ-dq坐标变换模块11优化后的q轴电流优化值通过运算得到dq旋转坐标系下q轴电压给定值给向dq-αβ坐标变换模块3，同时dq-αβ坐标变换模块3接收编码器8反馈的电机电角度θe以及电压计算模块12输出的dq旋转坐标系下d轴电压给定值变换得到αβ静止坐标系下电压给定值和给向[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块4，计算公式如下：
[0081][0082]
同时[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块4接收电压计算模块12输出的[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电压给定值和与电压给定值和组成六行一列矩阵，[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块4设计有以下计算矩阵：
[0083][0084]
通过上述计算矩阵与组成的六行一列矩阵相乘，结果为：
[0085][0086]
得到[a b c d e f]坐标系下电压给定值和给向空间矢量脉宽调制svpwm模块5，通过扇区判断和矢量作用时间计算得到逆变器开关控制信号给向逆变器6，逆变器6将直流电信号转换为a-f六相pwm电压波形对应的三相交流电信号供双三相永磁同步电机7使用，双三相永磁同步电机7内含两套无相移绕组，编码器8采集双三相永磁同步电机7的实际转速n和电机电角度θe，mopso多目标粒子群优化模块9接收a-f六相pwm电压波形对应的[a b c d e f]坐标系下电流值ia、ib、ic、id、ie和if，mopso多目标粒子群优化模块9设计有优化算法目标函数如下：
[0087]
f(i)＝min{f
s-f
s*
}
[0088]
式中：fs表示电机开相前磁动势，f
s*
表示电机开相后磁动势。
[0089]
由于双三相永磁同步电机7的总磁动势等于各相路磁动势相加，将电机开相前后的磁动势通过欧拉公式变换在复数域内表示如下：
[0090]fs
＝fa+fb+fc+fd+fe+ff[0091]
＝n
·
(ia·ej0
°
+ib·ej120
°
+ic·ej240
°
+id·ej0
°
+ie·ej120
°
+if·ej240
°
)
[0092][0093]
式中：fa、fb、fc、fd、fe、ff分别表示开相前各相路磁动势，f
b*
、f
c*
、f
d*
、f
e*
、f
f*
分别表示开相后各相路磁动势，n表示每相绕组匝数，e表示自然对数，j表示虚数单位，并且满足电机开相前电流值ia＝ib＝ic＝id＝ie＝if，电机开相后对应开相路电流值和磁动势为0。
[0094]
同时设计有约束条件函数如下：
[0095][0096]
式中：i
mosfet_max
表示逆变器中功率半导体所能允许通过的最大电流。
[0097]
通过逐次迭代得到同时满足优化算法目标函数和约束条件函数的[a b c d e f]坐标系下电流给定值和给向[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块10，[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块10设计有以下计算矩阵：
[0098][0099]
通过上述计算矩阵与电流给定值和组成的六行一列矩阵相乘，结果为：
[0100][0101]
得到[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和其中电流给定值和给向αβ-dq坐标变换模块11，电流给定值和给向电压计算模块12，同时αβ-dq坐标变换模块11接收编码器8反馈的电机电角度θe，变换得到dq旋转坐标系下d轴电流给定值和q轴电流优化值计算公式如下：
[0102][0103]
其中d轴电流给定值和q轴电流优化值均给向电压计算模块12，此外q轴电流优化值还给向电流pi模块2，电压计算模块12将不同坐标系下的电流给定值进行特定计算得出电压给定值，形成闭环控制，具体计算如下：
[0104]
对于d轴电压给定值计算公式为：
[0105][0106]
对于[z1 z2 z3]子平面的电压给定值和计算公式为：
[0107][0108]
对于[z0]子平面的电压给定值计算公式为：
[0109][0110]
式中，rs表示电机绕组电阻，i2×2表示两行两列单位矩阵，ωe表示电角速度，表示电机开相后等效电机电感系数，i3×3表示三行三列单位矩阵，表示电机开相后等效电机电感系数矩阵，p表示电机极对数。
[0111]
本发明主要核心在于mopso多目标粒子群优化模块9、[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块4及[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块10的设计，创新性地将多目标粒子群优化算法设计引入到无相移的双三相永磁同步电机7的系统控制中，同时考虑电机开相后的负载输出能力和电机驱动电路健康度要求，避免二次故障发生，以磁动势表征电机转矩输出能力，以开相前后磁动势差值为优化算法目标函数，以电机驱动电路部分电流阈值为约束条件函数，通过迭代找到开相后电机各相路电流给定值的最优解，实现开相后双三相永磁同步电机7的控制系统整体优化。
[0112]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0113]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统，其特征在于：包括转速pi模块(1)、电流pi模块(2)、dq-αβ坐标变换模块(3)、[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块(4)、空间矢量脉宽调制svpwm模块(5)、逆变器(6)、双三相永磁同步电机(7)、编码器(8)、mopso多目标粒子群优化模块(9)、[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块(10)、αβ-dq坐标变换模块(11)以及电压计算模块(12)；所述转速pi模块(1)输入目标转速n
*
与实际转速n的差值，输出q轴电流给定值所述电流pi模块(2)输入q轴电流给定值与q轴电流优化值的差值，输出q轴电压给定值所述dq-αβ坐标变换模块(3)输入dq旋转坐标系下d轴电压给定值和q轴电压给定值以及电机电角度θ
e
，输出αβ静止坐标系下电压给定值和所述[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块(4)输入[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电压给定值和输出[a b c d e f]坐标系下电压给定值和所述空间矢量脉宽调制svpwm模块(5)输入[a b c d e f]坐标系下电压给定值和输出逆变器开关控制信号；所述逆变器(6)输入逆变器开关控制信号，输出双三相永磁同步电机(7)所需的a-f六相pwm电压波形以及对应的[a b c d e f]坐标系下电流值i
a
、i
b
、i
c
、i
d
、i
e
和i
f
，所述双三相永磁同步电机(7)无相移并连接编码器(8)，所述编码器(8)输出实际转速n和电机电角度θ
e
；所述mopso多目标粒子群优化模块(9)输入[a b c d e f]坐标系下电流值i
a
、i
b
、i
c
、i
d
、i
e
和i
f
，通过逐次迭代得到最优解的[a b c d e f]坐标系下电流给定值和所述[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块(10)输入[a b c d e f]坐标系下电流给定值和输出[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和所述αβ-dq坐标变换模块(11)输入αβ静止坐标系下电流给定值和以及电机电角度θ
e
，输出dq旋转坐标系下d轴电流给定值和q轴电流优化值所述电压计算模块(12)输入dq旋转坐标系下d轴电流给定值q轴电流优化值以及[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和输出dq旋转坐标系下d轴电压给定值以及[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电压给定值和2.根据权利要求1所述的一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统，其特征在于：所述mopso多目标粒子群优化模块(9)设计有优化算法目标函数如下：
式中：f
s
表示电机开相前磁动势，表示电机开相后磁动势；将电机开相前后的磁动势通过欧拉公式变换在复数域内表示如下：将电机开相前后的磁动势通过欧拉公式变换在复数域内表示如下：式中：f
a
、f
b
、f
c
、f
d
、f
e
、f
f
分别表示开相前各相路磁动势，分别表示开相后各相路磁动势，n表示每相绕组匝数，e表示自然对数，j表示虚数单位，并且满足电机开相前电流值i
a
＝i
b
＝i
c
＝i
d
＝i
e
＝i
f
，电机开相后对应开相路电流值和磁动势为0；同时设计有约束条件函数如下：式中：i
mosfet_max
表示逆变器中功率半导体所能允许通过的最大电流。3.根据权利要求1所述的一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统，其特征在于：所述[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块(4)编写有计算矩阵如下：通过上述计算矩阵与电压给定值和组成的六行一列矩阵相乘，输出[a b c d e f]坐标系下电压给定值f]坐标系下电压给定值和4.根据权利要求1所述的一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统，其特征在于：所述[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块(10)编写有计算矩阵如下：
通过上述计算矩阵与电流给定值和组成的六行一列矩阵相乘，输出[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和5.一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统的控制策略，其特征在于：根据权利要求1所述的驱动系统，其控制策略包括以下步骤：转速pi模块(1)将设定的目标转速n
*
与编码器(8)反馈的实际转速n的差值作为输入，并运算得到q轴电流给定值给向电流pi模块(2)，同时电流pi模块(2)接收经mopso多目标粒子群优化模块(9)、[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块(10)和αβ-dq坐标变换模块(11)优化后的q轴电流优化值通过运算得到dq旋转坐标系下q轴电压给定值给向dq-αβ坐标变换模块(3)，同时dq-αβ坐标变换模块(3)接收编码器(8)反馈的电机电角度θ
e
以及电压计算模块(12)输出的dq旋转坐标系下d轴电压给定值变换得到αβ静止坐标系下电压给定值和给向[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块(4)，计算公式如下：同时[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块(4)接收电压计算模块(12)输出的[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电压给定值和与电压给定值和组成六行一列矩阵，[t
vsd
]-1
空间电压矢量变换逆矩阵模块(4)设计有以下计算矩阵：
通过上述计算矩阵与组成的六行一列矩阵相乘，结果为：得到[a b c d e f]坐标系下电压给定值和给向空间矢量脉宽调制svpwm模块(5)，通过扇区判断和矢量作用时间计算得到逆变器开关控制信号给向逆变器(6)，逆变器(6)将直流电信号转换为a-f六相pwm电压波形对应的三相交流电信号供双三相永磁同步电机(7)使用，双三相永磁同步电机(7)内含两套无相移绕组，编码器(8)采集双三相永磁同步电机(7)的实际转速n和电机电角度θ
e
，mopso多目标粒子群优化模块(9)接收a-f六相pwm电压波形对应的[a b c d e f]坐标系下电流值i
a
、i
b
、i
c
、i
d
、i
e
和i
f
，mopso多目标粒子群优化模块(9)设计有优化算法目标函数如下：式中：f
s
表示电机开相前磁动势，表示电机开相后磁动势；由于双三相永磁同步电机(7)的总磁动势等于各相路磁动势相加，将电机开相前后的磁动势通过欧拉公式变换在复数域内表示如下：磁动势通过欧拉公式变换在复数域内表示如下：式中：f
a
、f
b
、f
c
、f
d
、f
e
、f
f
分别表示开相前各相路磁动势，分别表示开相后各相路磁动势，n表示每相绕组匝数，e表示自然对数，j表示虚数单位，并且满足电机开相前电流值i
a
＝i
b
＝i
c
＝i
d
＝i
e
＝i
f
，电机开相后对应开相路电流值和磁动势为0；同时设计有约束条件函数如下：式中：i
mosfet_max
表示逆变器中功率半导体所能允许通过的最大电流；通过逐次迭代得到同时满足优化算法目标函数和约束条件函数的[a b c d e f]坐标系下电流给定值和给向[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块(10)，[t
vsd
]空间电压矢量变换矩阵模块(10)设计有以下计算矩阵：
通过上述计算矩阵与电流给定值和的六行一列矩阵相乘，结果为：得到[α β z0 z1 z2 z3]坐标系下电流给定值和其中电流给定值和给向αβ-dq坐标变换模块(11)，电流给定值和给向电压计算模块(12)，同时αβ-dq坐标变换模块(11)接收编码器(8)反馈的电机电角度θ
e
，变换得到dq旋转坐标系下d轴电流给定值和q轴电流优化值计算公式如下：其中d轴电流给定值和q轴电流优化值均给向电压计算模块(12)，此外q轴电流优化值还给向电流pi模块(2)，电压计算模块(12)将不同坐标系下的电流给定值进行特定计算得出电压给定值，形成闭环控制，具体计算如下：对于d轴电压给定值计算公式为：对于[z1 z2 z3]子平面的电压给定值和计算公式为：对于[z0]子平面的电压给定值计算公式为：
式中，r
s
表示电机绕组电阻，i2×2表示两行两列单位矩阵，ω
e
表示电角速度，表示电机开相后等效电机电感系数，i3×3表示三行三列单位矩阵，表示电机开相后等效电机电感系数矩阵，p表示电机极对数。

技术总结
一种双三相永磁同步电机开相故障驱动系统及其控制策略，涉及一种电机系统及控制策略。包括转速PI模块、电流PI模块、dq-αβ坐标变换模块、[T


技术研发人员：闫浩 杨嘉诚 徐超
受保护的技术使用者：西北工业大学太仓长三角研究院
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/10/8