的加入可以进一步抑制转矩脉动。本申请公开了一种不对称电流双周期的电励磁双凸极电机失磁容错控制方法，涉及电励磁双凸极电机领域，该方法利用转速转矩双闭环确定电流给定值幅值，在划分电角度区间后，根据电机电角度和提前角确定转子位置角，按照转子位置角所在的电角度区间对应的不对称电流给定函数，结合电流给定值幅值以及三相绕组的自感特性，得到不对称的三相电流给定值；然后采用滞环控制三相电流实际值跟随三相电流给定值，可以实现对出现励磁故障的电励磁双凸极电(56)对比文件王兰凤等.四相电励磁双凸极电动机单相开路故障分析与容错控制策略.电气工程学报.2016,第11卷(第1期),第40-42页.温腾翔;周波;周兴伟;张宁.电励磁双凸极发电机励磁故障容错控制策略.中国电机工程学报.2019,(第10期),第3048-3053页.
1.一种不对称电流双周期的电励磁双凸极电机失磁容错控制方法，其特征在于，所述电励磁双凸极电机失磁容错控制方法，包括当电励磁双凸极电机出现励磁故障时：利用转速转矩双闭环控制基于所述电励磁双凸极电机的电机电角度θ确定电流给定值幅值ig；
基于电角度划分参数x将包含两个电感周期的控制周期划分为多个连续且不重合的电角度区间，0°＜x＜120°；
根据电机电角度θ和提前角y确定转子位置角u，包括确定u=mod（θ+y，720°），其中，mod（θ+y，720°）表示求（θ+y）与720°的余数；
按照转子位置角u所在的电角度区间对应的不对称电流给定函数，结合所述电流给定值幅值ig以及所述电励磁双凸极电机的三相绕组在所述电角度区间内的自感特性，得到三相电流给定值；
将所述三相电流给定值和三相电流实际值进行比较得到比较信号，对所述比较信号通过滞环输出PWM信号驱动出现励磁故障的所述电励磁双凸极电机连接的桥式变换器；
所述得到三相电流给定值，包括：（1）当u∈[0，x)时得到的三相电流给定值为：ia*=(m‑1)·ig/x·(u‑0)‑m·ig；
ib*=ig/x·(u‑0)+(‑ig+m·ig)；
（2）当u∈[x，120°)时得到的三相电流给定值为：*
（3）当u∈[120°，120°+x)时得到的三相电流给定值为：*
ia=‑ig+(m·ig/x)·(u‑120) ；
ib=(1‑m)·ig/x·(u‑120)+m·ig；
ic=‑(ig/x)·(u‑120)+(1‑m)·ig；
（4）当u∈[120°+x，240°)时得到的三相电流给定值为：*
（5）当u∈[240°，240°+x)时得到的三相电流给定值为：*
ia=(ig/x)·(u‑240)+(m·ig‑ig) ；
ic=‑m·ig+(m‑1)·ig/x·(u‑240) ；
（6）当u∈[240°+x，360°)时得到的三相电流给定值为：*
（7）当u∈[360°，360°+x)时得到的三相电流给定值为：ia*=‑((m‑1)·ig/x·(u‑360)‑m·ig) ；
ib*=‑(ig/x·(u‑360)+(‑ig+m·ig)) ；
ic*=‑(‑m·ig/x·(u‑360)+ig) ；
（8）当u∈[360°+x，480°)时得到的三相电流给定值为：*
（9）当u∈[480°，480°+x)时得到的三相电流给定值为：*
ia=‑(‑ig+(m·ig/x)·(u‑480)) ；
ib=‑((1‑m)·ig/x·(u‑480)+m·ig) ；
ic=‑(‑(ig/x)·(u‑480)+(1‑m)·ig) ；
（10）当u∈[480°+x，600°)时得到的三相电流给定值为：*
（11）当u∈[600°，600°+x)时得到的三相电流给定值为：*
ia=‑((ig/x)·(u‑600)+(m·ig‑ig)) ；
ib=‑(ig‑m·(ig/x)·(u‑600)) ；
ic=‑(‑m·ig+(m‑1)·ig/x·(u‑600)) ；
（12）当u∈[600°+x，720°]时得到的三相电流给定值为：*
其中，ia 是A相绕组的相电流给定值，ib是B相绕组的相电流给定值，ic是C相绕组的相电流给定值；在每个覆盖0°360°的电感周期内，A相绕组在0°120°内自感上升、在120°~ ~ ~
240°内自感下降、在240°360°内自感不变，B相绕组在0°120°内自感不变、在120°240°内~ ~ ~自感上升、在240°360°内自感下降，C相绕组在0°120°内自感下降、在120°240°内自感不~ ~ ~变、在240°360°内自感上升，m是电流偏置系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于任意一个电角度区间：所述电角度区间内自感不变的相绕组的相电流给定值的幅值为|m·ig|，所述电角度区间内自感上升的相绕组的相电流给定值的幅值为|ig|，所述电角度区间内自感下降的相绕组的相电流给定值的幅值为|(1‑m)·ig|，电流偏置系数m小于1且与所述电励磁双凸极电机的转速对应。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电流偏置系数m∈[0.8，0.95] 。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提前角y∈[0°，30°]且取值与所述电励磁双凸极电机的转速对应。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定电流给定值幅值ig，包括：计算dθ/dt得到所述电励磁双凸极电机的角频率实际值ωm；
将角频率给定值ωm与角频率实际值ωm的差值输入PI控制器得到转矩给定值Te；
利用转矩观测器基于电机电角度θ和三相电流实际值确定转矩实际值Te；
将转矩给定值Te与转矩实际值Te的差值输入PI控制器得到所述电流给定值幅值ig。
不对称电流双周期的电励磁双凸极电机失磁容错控制方法
技术领域
[0001] 本申请涉及电励磁双凸极电机领域，尤其是一种不对称电流双周期的电励磁双凸极电机失磁容错控制方法。
背景技术
[0002] 电励磁双凸极电机的定子上有励磁绕组和电枢绕组、转子上无绕组，结构简单可靠，在航空航天等重要场合具有较好的应用前景。而电励磁双凸极电机运行在环境恶劣的航空航天领域，不可避免的发生励磁故障，使得其无法正常运行。为了满足航空航天的可靠性要求，有必要研究电励磁双凸极电机励磁故障时的起动运行容错策略。
[0003] 目前，关于失磁电动控制策略主要包含如下：王开淼等公开的“电励磁双凸极电机失磁故障容错发电系统及其控制方法”(中国，公开日：2019年3月8日，公开号：CN109450340A)通过使用H桥变换器及单周期角度位置控制策略实现失磁电动，但存在开关管数量较多且转矩脉动较大，且失磁运行时铜耗较大，转矩电流比低的问题。杨岚的《失磁状态下容错运行的DSEM系统设计》(2018年硕士学位论文)所提方法均为单周期转速电流闭环失磁电动容错控制，也存在转矩脉动较大，失磁运行时铜耗较大，转矩电流比低。史宏俊等公开的“一种电励磁双凸极电机失磁故障下的容错电动运行方法”(中国，公开日：2022年
09月30日，公开号：CN115133844A)介绍了一种采用标准双周期电流给定函数的失磁容错电动控制策略，该方法可以有效的降低失磁下的转矩脉动，但是该控制策略存在失磁运行时铜耗也较大，转矩电流比低，且转矩脉动需要进一步优化。但是上述所提的失磁容错电动控制策略大都存在转矩脉动较大、铜耗较大、转矩电流比较低等问题。
发明内容
[0004] 本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种不对称电流双周期的电励磁双凸极电机失磁容错控制方法，本申请的技术方案如下：
[0005] 一种不对称电流双周期的电励磁双凸极电机失磁容错控制方法，其特征在于，电励磁双凸极电机失磁容错控制方法，包括当电励磁双凸极电机出现励磁故障时：
[0006] 利用转速转矩双闭环控制基于电励磁双凸极电机的电机电角度θ确定电流给定值幅值ig；
[0007] 基于电角度划分参数x将包含两个电感周期的控制周期划分为多个连续且不重合的电角度区间，0°＜x＜120°；
[0008] 根据电机电角度θ和提前角y确定转子位置角u；
[0009] 按照转子位置角u所在的电角度区间对应的不对称电流给定函数，结合电流给定值幅值ig以及电励磁双凸极电机的三相绕组在电角度区间内的自感特性，得到三相电流给定值；
[0010] 将三相电流给定值和三相电流实际值进行比较得到比较信号，对比较信号通过滞环输出PWM信号驱动出现励磁故障的电励磁双凸极电机连接的桥式变换器。
[0011] 其进一步的技术方案为，对于任意一个电角度区间：
[0012] 电角度区间内自感不变的相绕组的相电流给定值的幅值为|m·ig|，电角度区间内自感上升的相绕组的相电流给定值的幅值为|ig|，电角度区间内自感下降的相绕组的相电流给定值的幅值为|(1‑m)·ig|，电流偏置系数m小于1且与电励磁双凸极电机的转速对应。
[0013] 其进一步的技术方案为，电流偏置系数m∈[0.8，0.95]。
[0014] 其进一步的技术方案为，得到三相电流给定值，包括：
[0015] (1)当u∈[0，x)时得到的三相电流给定值为：
[0016] ia*＝(m‑1)·ig/x·(u‑0)‑m·ig；
[0017] ib*＝ig/x·(u‑0)+(‑ig+m·ig)；
[0018] ic*＝‑m·ig/x·(u‑0)+ig；
[0019] (2)当u∈[x，120°)时得到的三相电流给定值为：
[0020] ia*＝‑ig；
[0021] ib*＝m*ig；
[0022] ic*＝(1‑m)*ig；
[0023] (3)当u∈[120°，120°+x)时得到的三相电流给定值为：
[0024] ia*＝‑ig+(m·ig/x)·(u‑120)；
[0025] ib*＝(1‑m)·ig/x·(u‑120)+m·ig；
[0026] ic*＝‑(ig/x)·(u‑120)+(1‑m)·ig；
[0027] (4)当u∈[120°+x，240°)时得到的三相电流给定值为：
[0028] ia*＝‑(1‑m)·ig；
[0029] ib*＝ig；
[0030] ic*＝‑m·ig；
[0031] (5)当u∈[240°，240°+x)时得到的三相电流给定值为：
[0032] ia*＝(ig/x)·(u‑240)+(m·ig‑ig)；
[0033] ib*＝ig‑m·(ig/x)·(u‑240)；
[0034] ic*＝‑m·ig+(m‑1)·ig/x·(u‑240)；
[0035] (6)当u∈[240°+x，360°)时得到的三相电流给定值为：
[0036] ia*＝m·ig；
[0037] ib*＝(1‑m)·ig；
[0038] ic*＝‑ig；
[0039] (7)当u∈[360°，360°+x)时得到的三相电流给定值为：
[0040] ia*＝‑((m‑1)·ig/x·(u‑360)‑m·ig)；
[0041] ib*＝‑(ig/x·(u‑360)+(‑ig+m·ig))；
[0042] ic*＝‑(‑m·ig/x·(u‑360)+ig)；
[0043] (8)当u∈[360°+x，480°)时得到的三相电流给定值为：
[0044] ia*＝ig；
[0045] ib*＝‑m*ig；
[0046] ic*＝‑(1‑m)*ig；
[0047] (9)当u∈[480°，480°+x)时得到的三相电流给定值为：ia*＝‑(‑ig+(m·ig/x)·(u‑480))；
[0048] ib*＝‑((1‑m)·ig/x·(u‑480)+m·ig)；
[0049] ic*＝‑(‑(ig/x)·(u‑480)+(1‑m)·ig)；
[0050] (10)当u∈[480°+x，600°)时得到的三相电流给定值为：
[0051] ia*＝(1‑m)·ig；
[0052] ib*＝‑ig；
[0053] ic*＝m·ig；
[0054] (11)当u∈[600°，600°+x)时得到的三相电流给定值为：
[0055] ia*＝‑((ig/x)·(u‑600)+(m·ig‑ig))；
[0056] ib*＝‑(ig‑m·(ig/x)·(u‑600))；
[0057] ic*＝‑(‑m·ig+(m‑1)·ig/x·(u‑600))；
[0058] (12)当u∈[600°+x，720°]时得到的三相电流给定值为：
[0059] ia*＝‑m·ig；
[0060] ib*＝‑(1‑m)·ig；
[0061] ic*＝ig；
[0062] 其中，ia*是A相绕组的相电流给定值，ib*是B相绕组的相电流给定值，ic*是C相绕组的相电流给定值；在每个覆盖0°～360°的电感周期内，A相绕组在0°～120°内自感上升、在120°～240°内自感下降、在240°～360°内自感不变，B相绕组在0°～120°内自感不变、在
120°～240°内自感上升、在240°～360°内自感下降，C相绕组在0°～120°内自感下降、在
120°～240°内自感不变、在240°～360°内自感上升。
[0063] 其进一步的技术方案为，根据电机电角度θ和提前角y确定转子位置角u，包括确定u＝mod(θ+y，720°)，其中，mod(θ+y，720°)表示求(θ+y)与720°的余数。
[0064] 其进一步的技术方案为，提前角y∈[0°，30°]且取值与电励磁双凸极电机的转速对应。
[0065] 其进一步的技术方案为，确定电流给定值幅值ig，包括：
[0066] 计算dθ/dt得到电励磁双凸极电机的角频率实际值ωm；
[0067] 将角频率给定值ωm*与角频率实际值ωm的差值输入PI控制器得到转矩给定值*Te；
[0068] 利用转矩观测器基于电机电角度θ和三相电流实际值确定转矩实际值Te；
[0069] 将转矩给定值Te*与转矩实际值Te的差值输入PI控制器得到电流给定值幅值ig。
[0070] 本申请的有益技术效果是：
[0071] 本申请公开一种不对称电流双周期的电励磁双凸极电机失磁容错控制方法，该方法根据各个电角度区间内三相绕组的自感特性来给各个相绕组分配电流给定值，提供不对称的三相电流给定值，然后采用滞环控制三相电流实际值跟随三相电流给定值，可以实现对出现励磁故障的电励磁双凸极电机的容错控制，设计的不对称电流双周期控制策略有利于减小不出力相的电流，从而减小失磁下的铜耗，提高转矩电流比，抑制转矩脉动，提前角y的加入可以进一步抑制转矩脉动。
[0072] 该方法采用转速转矩电流三闭环的控制结构，转矩闭环的加入可以有效的降低失磁运行时换相及非换相阶段的转矩脉动，也进一步降低失磁运行时的三相绕组电流，提高失磁运行时转矩电流比。
附图说明
[0073] 图1是本申请一个实施例的电励磁双凸极电机失磁容错控制方法的控制框图。
[0074] 图2是在包含两个电感周期的一个控制周期内，三相绕组的自感的变化曲线图以及三相电流给定值的变化曲线图。
具体实施方式
[0075] 下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。
[0076] 本申请公开一种不对称电流双周期的电励磁双凸极电机失磁容错控制方法，当电励磁双凸极电机未发生励磁故障时可以按照常见的三相九状态角度位置控制策略进行正常起动运行，而当电励磁双凸极电机出现励磁故障时，可以使用本申请的失磁容错控制方法来进行容错运行，包括如下方法，请参考图1所示的控制框图：
[0077] 通过位置传感器采集电励磁双凸极电机(DSEM)的电机电角度θ，利用转速转矩双闭环控制基于电励磁双凸极电机的电机电角度θ确定电流给定值幅值ig。包括：计算dθ/dt*得到电励磁双凸极电机的角频率实际值ωm。然后将角频率给定值ωm 与角频率实际值ωm*
的差值输入PI控制器得到转矩给定值Te 。另外，利用转矩观测器基于电机电角度θ和三相电流实际值ia、ib、ic确定转矩实际值Te，预先建立有数据表Te(ia，ib，ic，θ)，该数据表反映不同三相电流实际值和电机电角度θ下的转矩实际值Te，则根据采集到的三相电流实际值*
以及电机电角度θ进行查表即能确定转矩实际值。然后将转矩给定值Te 与转矩实际值Te的差值输入PI控制器得到电流给定值幅值ig。
[0078] 基于电角度划分参数x将包含两个电感周期0°～720°的控制周期划分为多个连续且不重合的电角度区间，0°＜x＜120°。每个控制周期的内的电角度区间的划分方式不是固定的，可以根据实际情况自定义调节并获取电角度划分参数x，并依据电角度划分参数x对控制周期进行划分，从0°开始到720°为止的每间隔120°通过电角度划分参数x划分为两个电角度区间，分别为[0，x)、[x，120°)、[120°，120°+x)、[120°+x，240°)、[240°，240°+x)、[240°+x，360°)、[360°，360°+x)、[360°+x，480°)、[480°，480°+x)、[480°+x，600°)、[600°，600°+x)、[600°+x，720°]。
[0079] 出现励磁故障的电励磁双凸极电机仅包含磁阻转矩 进行能量转换，其中，La、Lb、Lc分别是电励磁双凸极电机的A相绕组、B相绕组和C相绕组的自感，因此本申请主要利用磁阻转矩来实现容错控制，在电励磁双凸极电机的每个控制周期内，按照电角度区间对应的不对称电流给定函数来确定三相电流给定值。在获取电角度划分参数x划分得到各个电角度区间后，并不直接按照电机电角度θ来确定当前所处的电角度区间，而是根据电机电角度θ和提前角y确定转子位置角u，继而根据转子位置角u来确定当前所处的电角度区间。提前角y的加入可以进一步抑制转矩脉动。在一个实施例中，转子位置角u＝mod(θ+y，720°)，其中，mod(θ+y，720°)表示求(θ+y)与720°的余数。其中，提前角y∈[0°，30°]且取值与电励磁双凸极电机的转速对应，通过查表法即能确定。
[0080] 然后按照转子位置角u所在的电角度区间对应的不对称电流给定函数结合上述计算得到的电流给定值幅值ig以及电励磁双凸极电机的三相绕组在该电角度区间内的自感* * * * *特性，得到三相电流给定值ia、ib 、ic，ia是A相绕组的相电流给定值，ib是B相绕组的相电*
流给定值，ic是C相绕组的相电流给定值。其中，每一个相绕组在该电角度区间内的自感特性指示该相绕组在该电角度区间内自感上升或自感下降或自感不变。
[0081] 对于任意一个电角度区间，在确定三相电流给定值时，还需要获取电流偏置系数m并结合电流偏置系数m来得到定三相电流给定值，但总体的设计思路是，根据三相绕组的自感特性来分配各相绕组的相电流给定值，使得该电角度区间内自感不变、不出力的相绕组的相电流给定值的幅值为|m·ig|，电角度区间内自感上升、作为出力相的相绕组的相电流给定值的幅值为|ig|，电角度区间内自感下降、输出转矩为负的相绕组的相电流给定值的幅值为|(1‑m)·ig|。电流偏置系数m小于1且与电励磁双凸极电机的转速对应，通过查表法即能确定。在一个实施例中，电流偏置系数m略小于1，并电流偏置系数m∈[0.8，0.95]。
[0082] 在一个实例中，在每个覆盖0°～360°的电感周期内，A相绕组在0°～120°内自感上升、在120°～240°内自感下降、在240°～360°内自感不变，B相绕组在0°～120°内自感不变、在120°～240°内自感上升、在240°～360°内自感下降，C相绕组在0°～120°内自感下降、在120°～240°内自感不变、在240°～360°内自感上升。则三相绕组的自感在一个0°～720°的控制周期内的变化曲线如图2所示。与该自感变化规律，根据不对称电流给定函数在各个电角度区间确定的三相电流给定值分别为：
[0083] (1)当u∈[0，x)时得到的三相电流给定值为：
[0084] ia*＝(m‑1)·ig/x·(u‑0)‑m·ig；
[0085] ib*＝ig/x·(u‑0)+(‑ig+m·ig)；
[0086] ic*＝‑m·ig/x·(u‑0)+ig；
[0087] (2)当u∈[x，120°)时得到的三相电流给定值为：
[0088] B ia*＝‑ig；
[0089] ib*＝m*ig；
[0090] ic*＝(1‑m)*ig；
[0091] (3)当u∈[120°，120°+x)时得到的三相电流给定值为：
[0092] ia*＝‑ig+(m·ig/x)·(u‑120)；
[0093] ib*＝(1‑m)·ig/x·(u‑120)+m·ig；
[0094] ic*＝‑(ig/x)·(u‑120)+(1‑m)·ig；
[0095] (4)当u∈[120°+x，240°)时得到的三相电流给定值为：
[0096] ia*＝‑(1‑m)·ig；
[0097] ib*＝ig；
[0098] ic*＝‑m·ig；
[0099] (5)当u∈[240°，240°+x)时得到的三相电流给定值为：
[0100] ia*＝(ig/x)·(u‑240)+(m·ig‑ig)；
[0101] ib*＝ig‑m·(ig/x)·(u‑240)；
[0102] ic*＝‑m·ig+(m‑1)·ig/x·(u‑240)；
[0103] (6)当u∈[240°+x，360°)时得到的三相电流给定值为：
[0104] ia*＝m·ig；
[0105] ib*＝(1‑m)·ig；
[0106] ic*＝‑ig；
[0107] (7)当u∈[360°，360°+x)时得到的三相电流给定值为：
[0108] ia*＝‑((m‑1)·ig/x·(u‑360)‑m·ig)；
[0109] ib*＝‑(ig/x·(u‑360)+(‑ig+m·ig))；
[0110] ic*＝‑(‑m·ig/x·(u‑360)+ig)；
[0111] (8)当u∈[360°+x，480°)时得到的三相电流给定值为：
[0112] ia*＝ig；
[0113] ib*＝‑m*ig；
[0114] ic*＝‑(1‑m)*ig；
[0115] (9)当u∈[480°，480°+x)时得到的三相电流给定值为：
[0116] ia*＝‑(‑ig+(m·ig/x)·(u‑480))；
[0117] ib*＝‑((1‑m)·ig/x·(u‑480)+m·ig)；
[0118] ic*＝‑(‑(ig/x)·(u‑480)+(1‑m)·ig)；
[0119] (10)当u∈[480°+x，600°)时得到的三相电流给定值为：
[0120] ia*＝(1‑m)·ig；
[0121] ib*＝‑ig；
[0122] ic*＝m·ig；
[0123] (11)当u∈[600°，600°+x)时得到的三相电流给定值为：
[0124] ia*＝‑((ig/x)·(u‑600)+(m·ig‑ig))；
[0125] ib*＝‑(ig‑m·(ig/x)·(u‑600))；
[0126] ic*＝‑(‑m·ig+(m‑1)·ig/x·(u‑600))；
[0127] (12)当u∈[600°+x，720°]时得到的三相电流给定值为：
[0128] ia*＝‑m·ig；
[0129] ib*＝‑(1‑m)·ig；
[0130] ic*＝ig；
[0131] 由此可以得到三相电流给定值ia*、ib*、ic*在整个0°～720°的控制周期内的变化曲线如图2所示，从图2可以看出，本申请这种方法设计的是不对称的三相电流给定值，每个相绕组在每个控制周期内有正向励磁和负向励磁，且在0°～720°的控制周期的任一时刻，三相电流给定值之和都是0。
[0132] 得到三相电流给定值ia*、ib*、ic*后，将三相电流给定值ia*、ib*、ic*和三相电流实际值ia、ib、ic进行比较得到比较信号，对比较信号通过滞环输出PWM信号驱动出现励磁故障的电励磁双凸极电机连接的桥式变换器，使得三相电流实际值ia、ib、ic跟随三相电流给定值* * *ia、ib、ic，即可实现容错控制。
[0133] 以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。
