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【发明授权】一种转向悬架一体化五相永磁容错作动器及其两相开路容错直接转矩控制方法_江苏大学_202110671361.9 

申请/专利权人:江苏大学

申请日:2021-06-17

公开(公告)日:2022-09-16

公开(公告)号:CN113489282B

主分类号:H02K41/03

分类号:H02K41/03;H02K1/14;H02K1/2793;H02K3/28;H02K3/04;H02P21/30;H02P21/22;H02P21/05;H02P21/00;H02P21/04;H02P25/022;H02P27/12

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2022.09.16#授权;2021.10.26#实质审查的生效;2021.10.08#公开

摘要:本发明公开了一种转向悬架一体化五相永磁容错作动器及其两相开路容错直接转矩控制方法,包括建立直线和旋转双自由度单气隙作动器模型;首先,在两相开路故障下推导出将两相静止坐标系上的变量变换到αβ坐标系上的容错变换矩阵;在αβ坐标系上基于改进积分器设计定子磁链和转矩观测器,并将其变换到基于定子磁链定向的坐标系上;其次,将定子磁链幅值和转矩指令分别与观测出的定子磁链和转矩作差,并经PI控制器获得电压指令;然后,采用容错变换矩阵该电压指令经变换到自然坐标系并送电压源逆变器控制作动器高性能运行。本发明不但实现了车辆转向和悬架的一体化集成驱动,提高了其动态性能,而且更为关键的是增强了转向悬架系统的可靠性。

主权项:1.一种转向悬架一体化五相永磁容错作动器的两相开路容错直接转矩控制方法,其特征在于:该作动器用于直线、旋转和螺旋运动;所述作动器包括定子、动子;所述定子包括辅助齿35、电枢齿、容错齿、直线运动部分的绕组21和旋转运动部分的绕组22;电枢齿包括圆周向电枢齿31与轴向电枢齿33,容错齿包括圆周向容错齿32和轴向容错齿34;所述定子在沿轴向上是由一对辅助齿35包含若干个交替的轴向电枢齿33与轴向容错齿34排列而成;在圆周向上是由若干个圆周向电枢齿31与圆周向容错齿32交替排列而成,在圆周方向上的圆周向电枢齿31端部为分裂齿结构;所述电枢齿上设置绕组,所述绕组分为直线运动部分的绕组21和旋转运动部分的绕组22;所述动子由永磁体5、动子齿6、动子轭7以及不导磁圆环42构成;所述永磁体5在圆周方向是瓦片状的且径向充磁、内嵌在动子齿6之间,沿圆周向分布的角度圆心角为tc=0.6~1*360°P,P为永磁体沿圆周向的极对数,在圆周向按交替极阵列排列;永磁体5沿轴向分布的长度为tl=0.25~0.5*τ,τ为轴向动子极距,在轴向相邻两永磁体的充磁方向相反,按错位交替阵列排列,错位角度为tz=180°P;所述永磁体5与动子齿6在轴向上两两之间设置的气隙长度为t0=0.5*τ-tl;所述气隙采用不导磁圆环42填充;所述动子齿和永磁体在圆周面上是等高的;所述辅助齿35轴向宽度为tl=0.25~0.5*τ;当作动器旋转部分和直线部分的相数分别为m=5时,分别分为A、B、C、D、E五相,两相开路故障情况下的容错直接转矩控制方法包括如下步骤:步骤1,建立转向悬架一体化五相永磁容错作动器的模型;步骤2,转向悬架一体化五相永磁容错作动器旋转部分绕组发生两相开路故障,假设不相邻两相开路故障发生在B和E相上,根据故障前后磁动势相等原理、非故障相电流和为零的原则,求出B和E相开路故障情况下的容错电流iABE、iBBE、iCBE、iDBE、iEBE,根据该容错电流分别推导出B和E相开路故障情况下的容错变换矩阵TBE 或步骤2,转向悬架一体化五相永磁容错作动器旋转部分绕组发生两相开路故障,假设相邻两相开路故障发生在C和D相上,根据故障前后磁动势相等原理、非故障相电流和为零的原则,求出C和D相开路故障情况下的容错电流iACD、iBCD、iCCD、iDCD、iECD;根据该容错电流分别推导C和D相开路故障情况下的容错变换矩阵TCD 步骤3,采用传统Clark变换矩阵将两相开路故障情况下定子磁链、电压和电流变换到αβ坐标系上,则αβ坐标系上的定子磁链ψα、ψβ可表示为 式中:iα、iβ分别是定子电流在α坐标系、β坐标系上的电流分量;θ为电角度;Lm=0.2Ld+Lq,Lθ=0.2Lq-Ld,Ld、Lq分别为旋转部分绕组的d轴和q轴电感;Lls为漏感;ψpm为永磁磁链幅值;步骤4,根据逆变器开关管状态计算出B相和E两相开路故障情况下的非故障相电压,并结合故障相电压,采用Clark变换矩阵将它们变换到αβ坐标系上 式中:SA、SC、SD分别为A、C、D相的上桥臂功率开关管信号,开关管导通时对应信号等于1,关断时对应信号为0,Udc为直流母线电压,分别是B和E相开路故障状态下的相电压;或步骤4,根据逆变器开关管状态计算出C和D相开路故障情况下的非故障相电压,并结合故障相电压,采用Clark变换矩阵将它们变换到αβ坐标系上 式中:SA、SB、SE为A、B、E相的上桥臂功率开关管开关信号,分别是C和D相开路故障状态下的相电压,α为相邻两相之间的夹角;步骤5,采用改进型积分器设计两相开路故障情况下的定子磁链观测器 式中:R的含义为定子电阻,s为微分算子,ωc为滤波截止频率,由此,两相开路故障情况下的转矩可表示为 步骤6,基于定子磁场定向原则,采用Tαβ-MT变换矩阵将αβ坐标系上的电压、电流、定子磁链变换到MT坐标系上 其中,θs为定子磁链角,由于MT坐标系是基于定子磁场定向的,将αβ坐标系上的定子磁链观测器变换到MT该坐标系上,其可表示为 由此,构建的转矩观测器为Te=2.5PψMiT;式中:iT为MT坐标系上的电流分量;步骤7,通过步骤6构建的定子磁链观测器和转矩观测器估算出定子磁链幅值和转矩,并将其与给定定子磁链幅值ψ*和给定转矩T*分别作差后,经PI控制器得到MT坐标系上的给定电压指令和通过步骤6中TMT-αβ反变换矩阵将该电压指令反变换至αβ坐标系上的电压指令和然后,采用步骤2中的变换矩阵TBE或TCD将其变换到自然坐标系上,得到相电压指令若B和E相发生开路故障,则相电压指令为 若C和D相发生开路故障,则相电压指令为 将该相电压指令送给电压源逆变器,再结合基于零序电压注入的载波脉宽调制技术实现转向悬架一体化五相永磁容错作动器旋转部分在B和E相开路故障或C和D相开路故障情况下的容错无扰直接转矩控制运行。

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百度查询: 江苏大学 一种转向悬架一体化五相永磁容错作动器及其两相开路容错直接转矩控制方法

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