一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動汽車控制技術(shù)領域，具體涉及電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容 錯控制系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油等化石燃料的枯竭以及環(huán)境污染問題日趨嚴重，研宄開發(fā)節(jié)能、環(huán)保和 安全的汽車以取代以內(nèi)燃機提供動力的汽車，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。其中，電動汽 車以其高效率低排放的顯著優(yōu)點受到推崇，得到加速發(fā)展。電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車核心 技術(shù)之一，而輪轂驅(qū)動更是未來電動汽車驅(qū)動方式的主要發(fā)展方向。當驅(qū)動系統(tǒng)電機繞組 出現(xiàn)單相斷路故障后，轉(zhuǎn)矩輸出脈動極大，導致電動汽車運行不穩(wěn)定，從而直接到威脅到人 身安全。
[0003]傳統(tǒng)上一些驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制方法主要有：
[0004] 1.兩相四開關(guān)控制策略：兩相四開關(guān)策略主要是當單相繞組斷路后，繞組中點引 出到電源中點處，形成中線，為零序電流提供回路，實現(xiàn)容錯運行。
[0005] 2.兩相三橋臂控制策略：當出現(xiàn)單相繞組斷路后，繞組中點引出到備用橋臂上， 通過三個橋臂驅(qū)動電機故障下容錯運行。
[0006] 3.兩相全橋控制策略：當出現(xiàn)單相繞組斷路后，故障相橋臂的開關(guān)管全部打開， 正常相實現(xiàn)兩相全橋控制，實現(xiàn)容錯運行。
[0007]然而以上幾種傳統(tǒng)的控制方法由于本身拓撲結(jié)構(gòu)以及容錯運行后的三相電流，影 響著其容錯控制系統(tǒng)整體性能。例如方法1中需要一個電源中點，容錯控制后由于零序電 流的影響，會造成中點電壓偏移，進而影響電機控制及電機運行，此外方法1與方法2都需 要繞組引出中線，因此這兩種方法的應用受到局限；方法2與方法3都需要額為開關(guān)器件， 增大系統(tǒng)的體積以及造價；三種方法同樣都具有中性線，中性電流與剩余相電流不是三相 對稱正弦電流，并且容錯運行后逆變器輸出的電流隨著斷開繞組相的不同而不同。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制系統(tǒng)存在的 問題，提出一種新的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制系統(tǒng)及方法，減少設備投資， 精簡容錯控制算法。
[0009] 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0010] 一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制系統(tǒng)，包括：PWM產(chǎn)生模塊、逆變 器、三相永磁輪轂電機、開關(guān)模塊、切換控制模塊、電流米樣模塊和旋轉(zhuǎn)編碼器；
[0011] 所述旋轉(zhuǎn)編碼器與所述電機連接，用于測量電機的實際轉(zhuǎn)速，并輸出轉(zhuǎn)速信號至 所述PWM產(chǎn)生模塊；
[0012] 所述電流采樣模塊與所述電機連接，用于測量電機的三相電流，并輸出電流信號 至所述PWM產(chǎn)生模塊和切換控制模塊；
[0013] 所述開關(guān)模塊，與所述電機的三相繞組連接，至少包括兩組開關(guān)，第一組開關(guān)使三 相繞組成星型連接方式，第二組開關(guān)使三相繞組成三角形連接方式；
[0014] 所述PWM產(chǎn)生模塊，包括：
[0015] 轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器，用于根據(jù)參考轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速的差值得到參考電流幅值；
[0016] 電流計算模塊，用于根據(jù)參考電流幅值通過與星型連接方式對應的第一電流形狀 函數(shù)或與三角形連接方式對應的第二電流形狀函數(shù)計算得到逆變器輸出三相電流的參考 值；
[0017] 以及，滯環(huán)比較器，用于結(jié)合三相電流的參考值和實際值，輸出用于控制逆變器的 開關(guān)的PWM序列；
[0018] 所述切換控制模塊，用于根據(jù)所述電流采樣模塊輸出的電流信號判斷是否出現(xiàn)單 相繞組斷路，若出現(xiàn)斷路則輸出切換信號至所述開關(guān)模塊和所述PWM產(chǎn)生模塊。
[0019] 進一步地，正常運行時，所述第一組開關(guān)常開，所述第二組開關(guān)常閉，三相繞組的 連接方式為星型連接，所述開關(guān)模塊接收到切換信號后，所述第二組開關(guān)常開，所述第一組 開關(guān)常閉，三相繞組的連接方式為三角形連接。
[0020] 進一步地，
【主權(quán)項】
1. 一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，包括；PWM產(chǎn)生模 塊（1)、逆變器（2)、=相永磁輪穀電機（3)、開關(guān)模塊（4)、切換控制模塊巧）、電流采樣模塊 (6)和旋轉(zhuǎn)編碼器（7); 所述旋轉(zhuǎn)編碼器（7)與所述電機（3)連接，用于測量電機（3)的實際轉(zhuǎn)速，并輸出轉(zhuǎn)速 信號至所述PWM產(chǎn)生模塊（1); 所述電流采樣模塊（6)與所述電機（3)連接，用于測量電機（3)的=相電流，并輸出電 流信號至所述PWM產(chǎn)生模塊（1)和切換控制模塊巧）； 所述開關(guān)模塊（4)，與所述電機（3)的=相繞組連接，至少包括兩組開關(guān)，第一組開關(guān) 使=相繞組成星型連接方式，第二組開關(guān)使=相繞組成立角形連接方式； 所述PWM產(chǎn)生模塊（1)，包括： 轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器，用于根據(jù)參考轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速的差值得到參考電流幅值； 電流計算模塊，用于根據(jù)參考電流幅值通過與星型連接方式對應的第一電流形狀函數(shù) 或與=角形連接方式對應的第二電流形狀函數(shù)計算得到逆變器（4)輸出=相電流的參考 值； W及，滯環(huán)比較器，用于結(jié)合S相電流的參考值和實際值，輸出用于控制逆變器（4)的 開關(guān)的PWM序列； 所述切換控制模塊巧），用于根據(jù)所述電流采樣模塊（6)輸出的電流信號判斷是否出 現(xiàn)單相繞組斷路，若出現(xiàn)斷路則輸出切換信號至所述開關(guān)模塊（4)和所述PWM產(chǎn)生模塊 (1)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制系統(tǒng)，其特征在 于，正常運行時，所述第一組開關(guān)常開，所述第二組開關(guān)常閉，=相繞組的連接方式為星型 連接，所述開關(guān)模塊（4)接收到切換信號后，所述第二組開關(guān)常開，所述第一組開關(guān)常閉， =相繞組的連接方式為=角形連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一電流形狀函數(shù)為：
其中，為正常運行時的參考電流幅值，這、（為逆變器輸出S相電流的參考 值，為電角速度，為實際轉(zhuǎn)速《 0的P倍，P為電機的極對數(shù)； 所述第二電流形狀函數(shù)為：
其中，imf為容錯運行時的參考電流幅值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述切換控制模塊包括第一比較器、第二比較器、第=比較器、或口、積分器和第四比較 器；第一比較器、第二比較器和第=比較器的一個輸入端分別輸入一相電流值，另一端輸入 參考電流0值，輸出端分別連接或口的一個輸入端，或口的輸出端連接積分器的輸入端，積
分器的輸出端連接第四比較器的輸入端；當=相電流中存在電流值為0時，或口輸出觸發(fā) 信號，觸發(fā)積分器開始工作，當=相電流都不存在0值時，積分器清零；當積分器輸出值大 于設定閥值時，第四比較器輸出故障信號。
5. -種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 正常運行時，設定=相永磁輪穀電機的=相繞組的連接方式為星型連接； (2) 測量得到電機的實際轉(zhuǎn)速和=相電流，將實際轉(zhuǎn)速和參考轉(zhuǎn)速經(jīng)過轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器 得到正常運行時的參考電流幅值，將參考電流幅值與星型連接方式對應的第一電流形狀函 數(shù)相乘，得到逆變器輸出=相電流的參考值，經(jīng)過滯環(huán)比較器輸出控制逆變器的開關(guān)的PWM 序列； (3) 檢測電機的S相電流，判斷是否出現(xiàn)單相繞組斷路，若出現(xiàn)斷路則進入步驟（4)， 否則進入步驟（2); (4) 將電機的=相繞組的連接方式切換為=角形連接； (5) 測量得到電機的實際轉(zhuǎn)速和=相電流，將實際轉(zhuǎn)速和參考轉(zhuǎn)速經(jīng)過轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器 得到容錯運行時的參考電流幅值，將參考電流幅值與=角形連接方式對應的第二電流形狀 函數(shù)相乘，得到逆變器輸出=相電流的參考值，經(jīng)過滯環(huán)比較器輸出控制逆變器的開關(guān)的 PWM序列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制方法，其特征在 于，所述判斷是否出現(xiàn)單相繞組斷路的具體方法為：當=相電流中存在任一相電流的值為 0的時間大于1/6個電流周期，則判斷出現(xiàn)單相繞組開路故障。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制方法，其特征在 于， 所述第一電流形狀函數(shù)為：
其中，in*為正常運行時的參考電流幅值，這、《、（為逆變器輸出S相電流的參考 值，為電角速度，為實際轉(zhuǎn)速《。的P倍，P為電機的極對數(shù)； 所述第二電流形狀函數(shù)為：
其中，imf為容錯運行時的參考電流幅值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)單相繞組斷路容錯控制系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括PWM產(chǎn)生模塊、逆變器、三相永磁輪轂電機、開關(guān)模塊、切換控制模塊、電流采樣模塊和旋轉(zhuǎn)編碼器，正常運行時電機的三相繞組采用星型連接方式，逆變器側(cè)三相電流為三相對稱電流，當檢測到單相繞組開路故障后，三相繞組連接方式通過開關(guān)模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槿切芜B接，通過調(diào)整逆變器側(cè)三相電流的參考值來改變控制方法，轉(zhuǎn)矩輸出值的大小為正常運行時轉(zhuǎn)矩值，從而實現(xiàn)三相永磁輪轂電機單相繞組斷路下容錯運行。本發(fā)明的容錯控制系統(tǒng)及方法不需要額外的開關(guān)管以及中點電壓，減小設備的投資，容錯后的逆變器側(cè)三相電流仍為對稱正弦電流，幅值上升為正常運行時電流的倍，轉(zhuǎn)矩輸出穩(wěn)定。
【IPC分類】H02P23-00, H02P27-08
【公開號】CN104601079
【申請?zhí)枴緾N201510026835
【發(fā)明人】樊英, 張向陽, 程明
【申請人】東南大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月19日