專利名稱：永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制系統及方法
技術領域：
本發明涉 及一種六相永磁同步直線電機，尤其涉及六相永磁同步直線電機的定子繞組單相開路故障情況的容錯控制系統及方法，可用于高可靠性的電力傳動。
背景技術：
六相永磁同步直線電機擁有低壓大功率、諧波損耗小等諸多優點，具有很好的應用前景，尤其適應于軍艦及潛艇推進、宇航推進、電動汽車驅動、電力機車牽引等重要領域。六相永磁同步直線電機定子相數多于3相，當發生定子繞組單相開路故障時，可采用容錯控制策略，設計相應的控制器，實現無擾運行，并獲得較為平穩的電磁推力。內模控制具有調節性能好、魯棒性強以及能消除不可測干擾的影響等特點，已經在電機控制領域獲得了廣泛的應用，利用支持向量機逼近系統的標稱模型，構成支持向量機內模控制，從而獲得高性能控制效果。目前，尚未見有將支持向量機內模控制用于六相永磁同步直線電機的文獻報道。
發明內容
發明目的針對六相永磁同步直線電機定子繞組單相開路故障，提出一種永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制系統及方法，提高電機控制的可靠性。技術方案一種永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制系統，包括容錯控制器、第一 PI調節器、第二 PI調節器、Park反變換模塊、Clark反變換模塊、逆變器、磁鏈觀測切換模塊、位置檢測模塊、速度檢測模塊和六相永磁同步直線電機；所述容錯控制器包括正常內模控制器和故障內模控制器，正常內模控制器由正常控制器和正常標稱模型支持向量機組成，故障內模控制器由故障控制器和故障標稱模型支持向量機組成；所述容錯控制器的輸出端分別接第一 PI調節器和第二 PI調節器；所述第一 PI調節器和第二 PI調節器的輸出端與Park反變換模塊的輸入端連接；所述Park反變換模塊、Clark反變換模塊和逆變器依次串聯；所述逆變器的輸出端分別接Clark變換模塊和六相永磁同步直線電機；所述Clark變換模塊的輸出端接Park變換模塊，Park變換模塊的輸出端分別接第一 PI調節器和第二 PI調節器的輸入端；所述六相永磁同步直線電機的輸出端分別接位置檢測模塊和速度檢測模塊，位置檢測模塊的輸出端分別接Park反變換模塊和Park變換模塊，速度檢測模塊的輸出端接容錯控制器；所述磁鏈觀測切換模塊的輸入端接Clark反變換模塊的輸出端，磁鏈觀測切換模塊的輸出端接容錯控制器。永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制系統，由定子磁鏈控制回路和速度控制回路組成；所述速度檢測模塊檢測并反饋六相永磁同步直線電機的速度n，與設定速度η*比較構成速度控制回路；所述位置檢測模塊檢測并反饋六相永磁同步直線電機的動子位置；磁鏈觀測切換模塊輸出故障信息給容錯控制器，選擇相應的內模控制器；磁鏈觀測切換模塊觀測電機定子磁鏈ψ3，與設定定子磁鏈r丨比較構成定子磁鏈控制回路。
一種永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制方法，當六相永磁同步直線電機無故障時，由磁鏈觀測切換模塊選擇正常標稱模型支持向量機和正常控制器，將設定速度f與速度檢測模塊反饋速度η的偏差以及設定定子磁鏈<與磁鏈觀測切換模塊觀測并反饋定子磁鏈Vs的偏差作為正常內模控制器的輸入信號，正常內模控制器的輸出為設定定子q軸電流i_f和設定定子d軸電流idMf，與電機實際電流iq、id比較后通過PI調節器計算，其輸出量經Park反變換、Clark反變換產生PWM控制逆變器，產生可變頻率和幅值的電流輸入電機定子，驅動電機獲得正常運行；當六相永磁同步直線電機出現單相開路故障時，由磁鏈觀測切換模塊選擇故障標稱模型支持向量機和故障控制器，將設定速度與速度檢測模塊反饋速度的偏差以及設定定子磁鏈<與磁鏈觀測切換模塊觀測并反饋定子磁鏈Vs的偏差作為故障內模控制器的輸入信號，故障內模控制器的輸出為設定定子q軸電流i<jraf和設定定子d軸電流idMf，與電機實際電流iq、id比較后通過PI調節器計算，其輸出量經Park反變換、Clark反變換產生PWM控制逆變器，產生可變頻率和幅值的電流輸入電機定子，驅動電機獲得容錯控制。
本發明的有益效果是I、采用支持向量機分別獲取電機正常和故障狀態標稱模型，采用內模控制方法，
魯棒性強。2、本發明無需增添新的硬件即可實現電機的容錯運行，硬件成本低。
圖I為本發明實施例的六相永磁同步直線電機控制系統驅動部分結構框圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。如圖I所示，永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制系統，包括容錯控制器8、PI調節器5、PI調節器6、Park反變換模塊4、Clark反變換模塊3、逆變器2、磁鏈觀測切換模塊7、位置檢測模塊11、速度檢測模塊12和六相永磁同步直線電機I ;容錯控制器8包括正常內模控制器81和故障內模控制器82，正常內模控制器81由正常控制器811和正常標稱模型支持向量機812組成,故障內模控制器82由故障控制器821和故障標稱模型支持向量機822組成；容錯控制器8的輸出端分別接PI調節器5和PI調節器6 ；PI調節器5和PI調節器6的輸出端與Park反變換模塊4的輸入端連接；Park反變換模塊4、Clark反變換模塊3和逆變器2依次串聯；逆變器2的輸出端分別接Clark變換模塊10和六相永磁同步直線電機I ;Clark變換模塊10的輸出端接Park變換模塊9，Park變換模塊9的輸出端分別接PI調節器5和PI調節器6的輸入端；六相永磁同步直線電機I的輸出端分別接位置檢測模塊11和速度檢測模塊12，位置檢測模塊11的輸出端分別接Park反變換模塊4和Park變換模塊9，速度檢測模塊12的輸出端接容錯控制器8 ;磁鏈觀測切換模塊7的輸入端接Clark反變換模塊3的輸出端，磁鏈觀測切換模塊7的輸出端接容錯控制器8。
永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制系統，由定子磁鏈控制回路和速度控制回路組成；速度檢測模塊檢測12并反饋六相永磁同步直線電機I的速度n，與設定速度η*比較構成速度控制回路；位置檢測模塊11檢測并反饋六相永磁同步直線電機I的動子位置；磁鏈觀測切換模塊7輸出故障信息給容錯控制器8，選擇相應的內模控制器；磁鏈觀測切換模塊7觀測電機定子磁鏈vs，與設定定子磁鏈<比較構成定子磁鏈控制回路。將電機各相定子電流依次經Clark變換10、Park變換9，得到i,、id，分別與i_f、idref比較，再分別通過PI調節器5、PI調節器6計算后進行Park反變換模塊4、Clark反變換模塊3，產生PWM信號控制逆變器2，驅動六相永磁同步直線電機I工作。以六相永磁同步直線電機I的A相開路故障為例，詳細說明本發明的控制方法的實施步驟I :在常規PI控制的充分激勵條件，采集六相永磁同步直線電機I正常運行 時的輸入輸出數據，訓練獲得正常標稱模型支持向量機812，采集六相永磁同步直線電機I的A相開路故障下的輸入輸出數據，訓練逼近獲得故障標稱模型支持向量機822。步驟2 :由PI調節器5和PI調節器6、Park反變換模塊4、Clark反變換模塊3以及逆變器2串聯，接在六相永磁同步直線電機I之前。設計磁鏈觀測切換模塊7，并將速度檢測模塊12和位置檢測模塊11與六相永磁同步直線電機I相連，將電機各相電流輸入Clark變換模塊10、Park變換模塊9，利用線性系統理論設計得到PI調節器5及PI調節器6。步驟3 :當六相永磁同步直線電機I無故障時，由磁鏈觀測切換模塊7選擇容錯控制器8中的正常內模控制器81,內模控制器81的輸出作為設定定子q軸電流ivef和設定定子d軸電流idMf。將設定速度η*與速度檢測模塊12反饋的速度η的偏差和設定磁鏈<與磁鏈觀測切換模塊7觀測并反饋的定子磁鏈Vs的偏差作為容錯控制器8的輸入。將六相永磁同步直線電機I各相定子電流依次經Clark變換模塊10、Park變換模塊9，得到i,、id，分別與i_、idref比較，再分別通過PI調節器6、PI調節器5計算后進行Park反變換模塊4、Clark反變換模塊3，產生PWM信號控制逆變器2，驅動六相永磁同步直線電機I正常運行工作。步驟4 :當六相永磁同步直線電機I出現A相開路故障時，由磁鏈觀測切換模塊7檢測開路故障，并選擇容錯控制器8中的故障內模控制器82，內模控制器82的輸出作為設定定子q軸電流iqraf和設定定子d軸電流idMf。將設定速度η*與速度檢測模塊12反饋的速度η的偏差和設定磁鏈<與磁鏈觀測切換模塊7觀測并反饋的定子磁鏈Vs的偏差作為容錯控制器8的輸入。將六相永磁同步直線電機I各相定子電流依次經Clark變換模塊10、Park變換模塊9，得到iq、id，分別與比較，再分別通過PI調節器5、PI調節器6計算后進行Park反變換4、Clark反變換3，產生PWM信號控制逆變器2，驅動六相永磁同步直線電機I容錯控制運行。
權利要求
1.一種永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制系統，其特征在于包括容錯控制器、第一 PI調節器、第二 PI調節器、Park反變換模塊、Clark反變換模塊、逆變器、磁鏈觀測切換模塊、位置檢測模塊、速度檢測模塊和六相永磁同步直線電機；所述容錯控制器包括正常內模控制器和故障內模控制器，正常內模控制器由正常控制器和正常標稱模型支持向量機組成，故障內模控制器由故障控制器和故障標稱模型支持向量機組成； 所述容錯控制器的輸出端分別接第一 PI調節器和第二 PI調節器；所述第一 PI調節器和第二 PI調節器的輸出端與Park反變換模塊的輸入端連接；所述Park反變換模塊、Clark反變換模塊和逆變器依次串聯；所述逆變器的輸出端分別接Clark變換模塊和六相永磁同步直線電機；所述Clark變換模塊的輸出端接Park變換模塊，Park變換模塊的輸出端分別接第一 PI調節器和第二 PI調節器的輸入端；所述六相永磁同步直線電機的輸出端分別接位置檢測模塊和速度檢測模塊，位置檢測模塊的輸出端分別接Park反變換模塊和Park變換模塊，速度檢測模塊的輸出端接容錯控制器；所述磁鏈觀測切換模塊的輸入端接Clark反變換模塊的輸出端，磁鏈觀測切換模塊的輸出端接容錯控制器。
2.如權利要求I所述的永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制系統，其特征在于控制系統由定子磁鏈控制回路和速度控制回路組成；所述速度檢測模塊檢測并反饋六相永磁同步直線電機的速度n，與設定速度η*比較構成速度控制回路； 所述位置檢測模塊檢測并反饋六相永磁同步直線電機的動子位置；磁鏈觀測切換模塊輸出故障信息給容錯控制器，選擇相應的內模控制器；磁鏈觀測切換模塊觀測電機定子磁鏈Vs，與設定定子磁鏈<比較構成定子磁鏈控制回路。
3.—種永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制方法,其特征在于 當六相永磁同步直線電機無故障時，由磁鏈觀測切換模塊選擇正常標稱模型支持向量機和正常控制器，將設定速度η*與速度檢測模塊反饋速度的偏差以及設定定子磁鏈rl與磁鏈觀測切換模塊觀測并反饋定子磁鏈Vs的偏差作為正常內模控制器的輸入信號，正常內模控制器的輸出為設定定子q軸電流ive;f和設定定子d軸電流idraf,與電機實際電流i<j、id比較后通過PI調節器計算，其輸出量經Park反變換、Clark反變換產生PWM控制逆變器，產生可變頻率和幅值的電流輸入電機定子，驅動電機獲得正常運行； 當六相永磁同步直線電機出現單相開路故障時，由磁鏈觀測切換模塊選擇故障標稱模型支持向量機和故障控制器，將設定速度與速度檢測模塊反饋速度的偏差以及設定定子磁鏈K與磁鏈觀測切換模塊觀測并反饋定子磁鏈Vs的偏差作為故障內模控制器的輸入信號，故障內模控制器的輸出為設定定子q軸電流iqraf和設定定子d軸電流idMf，與電機實際電流i,、id比較后通過PI調節器計算，其輸出量經Park反變換、Clark反變換產生PWM控制逆變器，產生可變頻率和幅值的電流輸入電機定子，驅動電機獲得容錯控制。
全文摘要
本發明公開了一種永磁同步直線電機支持向量機內模容錯控制系統及方法，系統包括容錯控制器、第一PI調節器、第二PI調節器、Park反變換模塊、Clark反變換模塊、逆變器、磁鏈觀測切換模塊、位置檢測模塊、速度檢測模塊和六相永磁同步直線電機；所述容錯控制器包括正常內模控制器和故障內模控制器，正常內模控制器由正常控制器和正常標稱模型支持向量機組成，故障內模控制器由故障控制器和故障標稱模型支持向量機組成。方法包括，當六相永磁同步直線電機無故障時，由磁鏈觀測切換模塊選擇正常標稱模型支持向量機和正常控制器，當六相永磁同步直線電機出現單相開路故障時，由磁鏈觀測切換模塊選擇故障標稱模型支持向量機和故障控制器。
文檔編號H02P21/00GK102916642SQ201210443750
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者張懿, 魏海峰, 馮友兵, 王玉龍, 朱志宇 申請人:江蘇科技大學