无刷直流电机驱动控制的容错方案

  目前 ,电机控制系统故障检测、 诊断及容错运行已经成为交流电机调速领域研究热点之一.研究人员对交流电机调速系统中电机、 逆变器及传感器的故障容错控制策略进行了大量的工作，提出了两种异步电机调速系统容错逆变器拓扑结构.文献分析了异步电动机及发电机故障发生后四开关逆变器供电下的新型 DTC 策略. 随着研究的广泛开展 ,针对永磁同步电机的容错控制策略也在不断研究中,文献分析永磁同步电机的故障检测和容错方法 ,针对永磁同步电机直接转矩控制系统提出了一种新型容错控制方法.然而 ,对于无刷直流电机的容错控制策略研究较少 ,大都研究主要针对降低控制系统成本而采用的四开关三相逆变器的控制系统.本文针对无刷直流电机控制系统容错运行方案进行研究.分析一种基于六开关三相的容错逆变器拓扑结构及两种不同的故障容错拓扑结构 ,重点对逆变器侧故障的容错方案进行了理论分析 ,再由常规的六开关三相无刷直流电机控制策略入手 ,提出一种新型的无刷直流控制系统容错控制方案 ,并通过仿真和实验进一步验证.   

  为了验证所提出的控制策略,以 1 台额定转速为2 000 r/ min 的无刷直流电机作为实验电机,用德州仪器公司 2812DSP作为主控芯片,对新控制方案作了实验验证,并用 Mat lab 软件进行仿真验证. 图6a 为正常逆变器和 3 种容错方式下(A 相容错、 B相容错和 C相容错)的容错逆变器的电压矢量空间轨迹,图 6b 为容错逆变器 C相桥臂在 012 s 时发生故障的系统瞬态性能仿真结果.图 7 为逆变器 C 相容错时的电机三相定子绕组电流实验结果.    在仿真结果中,所提出的控制策略能有效实现无刷直流电机逆变器侧故障控制, 4 种相电压空间轨迹符合理论分析.实验结果中,C相电流非换向区域电流脉动明显小于其他两相电流,在 C 相零电流区域内,其他两相电流的脉动较其他区域大.这主要是由于三相电流仅由控制 A 相和B 相电流来实现C相电流的控制是间接控制 A 相和B 电流完成.本文提出了无刷直流电机容错逆变器控制策略.该策略可以有效控制电机在逆变器发生故障时稳定运行.研究中得到一条通用结论:只要控制非容错相的两相相电流,就可以实现无刷直流电机逆变器侧故障情况下的控制. 该结论同样适用于其他电机容错控制.控制策略中使用了滞环电流控制器,其容差的大小会直接影响电机非换向区域处的电流脉 动,因此在今后研究中可进一步考虑解决.