五相永磁同步电机容错控制实战手记

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五相电机这玩意儿比传统三相多了两相，天生自带容错属性。就像开车多备了两个备胎，爆胎了还能接着跑。但真遇到单相开路故障时，怎么让电机继续平稳运转可不简单。

去年调试一台五相PMSM时，测试平台突然报A相电流异常。示波器上的波形直接躺平，明显是功率管挂了。这时候传统矢量控制立马扑街，电机开始剧烈抖动。问题来了：剩下四相怎么分配电流才能维持转矩？

先看坐标变换这个基本功。正常五相Clarke变换矩阵长这样：

clarke_matrix = np.array([ [1, -0.25, -0.25, -0.25, -0.25], [0, 0.951, -0.587, -0.587, 0.951], # ...省略后续行 ])

单相故障后得重构矩阵。比如A相开路，直接划掉第一行第一列，剩下四相重新分配权重。实际操作中发现，直接硬删会导致电流环震荡，得加个补偿系数：

// 故障后Clarke矩阵修正 float compensation_factor = 1.25f; clarke_fault[0][0] = 0; //A相置零 clarke_fault[1][1] *= compensation_factor; //B相补偿 //...其余相类似

矢量容错控制的核心在于重新分配电压矢量。正常五相有32个基本矢量，故障后可用矢量直接腰斩。这时候得玩点花样——把相邻两个矢量组合使用。某次实测发现，采用非对称矢量合成时，转矩脉动能从12%降到4%以下：

% 故障矢量合成示例 V_ref = 0.6*V1 + 0.4*V2; duty_cycle = SVM_calculate(V_ref);

电流环整定是个坑。原先的五相电流环PI参数在故障后会引发超调，需要在线调整。后来搞了个自适应算法，通过实时监测谐波含量自动调节带宽：

def adaptive_pi(harmonic_level): if harmonic_level > 0.15: Kp *= 0.8 Ki *= 1.2 else: Kp = nominal_value Ki = nominal_value return Kp, Ki

SVPWM生成也得动手术。传统五相SVPWM的7段式调制在故障时会导致中点电压偏移，改用5段式调制后波形质量明显改善。调试时用FPGA抓取的PWM波形显示，切换瞬间的毛刺减少了70%：

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!五段式调制波形对比

最后实测数据挺有意思：单相开路时系统仍能维持85%额定转矩，效率只下降8%。更妙的是，这套方法对两相开路也有效——虽然转矩能力再打七折，但总比直接宕机强。

搞容错控制就像走钢丝，要在性能损失和系统稳定之间找平衡。下次准备试试模型预测控制，看能不能把响应速度再提一档。不过实验室的电机已经冒过三次烟了，老板说再烧电机就扣年终奖...