【摘要】：永磁容錯(cuò)電機(jī)(FTPMM)具有故障容錯(cuò)能力,可應(yīng)用于對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)可靠性要求高的航空、船舶及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。與單永磁容錯(cuò)電機(jī)系統(tǒng)和雙余度永磁容錯(cuò)電機(jī)系統(tǒng)比較,雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)綜合了二者可靠性高、空間利用率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)位置傳感器控制技術(shù)已經(jīng)在永磁同步電機(jī)(PMSM)控制中得到成功應(yīng)用,但由于FTPMM本體結(jié)構(gòu)和容錯(cuò)控制策略的特殊性,永磁容錯(cuò)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的研究比較有限。因此,本文對(duì)雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)的容錯(cuò)控制策略和無(wú)位置傳感器控制技術(shù)進(jìn)行研究。第一,分析了雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)的矢量控制技術(shù)。通過(guò)對(duì)比空間電壓矢量(SVPWM)和電流滯環(huán)跟蹤(CHBPWM)兩種電流PWM矢量控制策略,基于SVPWM控制策略的電機(jī)矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)小,諧波含量種類(lèi)少;基于CHBPWM控制策略的電機(jī)矢量控制系統(tǒng)控制相對(duì)簡(jiǎn)單,響應(yīng)速度較快,魯棒性好。雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性使得SVPWM控制時(shí)對(duì)電流的正弦度有一定影響,且在電機(jī)發(fā)生故障時(shí)計(jì)算電壓矢量有一定難度,而CHBPWM控制是直接對(duì)電流進(jìn)行控制的,在故障時(shí)能通過(guò)直接補(bǔ)償電流而維持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。因此,本論文選用CHBPWM控制策略對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。第二,研究了雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)的容錯(cuò)控制策略。通過(guò)對(duì)電機(jī)磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行控制提出了基于改進(jìn)型恒定磁動(dòng)勢(shì)容錯(cuò)控制策略,可以保證電機(jī)故障前后磁動(dòng)勢(shì)的圓形軌跡和大小不變;通過(guò)直接對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行補(bǔ)償分配提出了電流矢量容錯(cuò)控制策略,可以保證故障前后電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩保持不變。通過(guò)仿真對(duì)比分析了加倍增大對(duì)應(yīng)相電流容錯(cuò)控制策略、最優(yōu)轉(zhuǎn)矩容錯(cuò)控制策略、改進(jìn)型恒定磁動(dòng)勢(shì)容錯(cuò)控制策略和電流矢量容錯(cuò)控制策略的銅耗、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及計(jì)算復(fù)雜性等指標(biāo),結(jié)果表明基于電流矢量的故障容錯(cuò)控制策略具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低、計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),而且可用于開(kāi)路短路復(fù)合故障情況;第三,針對(duì)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制問(wèn)題,在中高速時(shí)采用變結(jié)構(gòu)模型參考自適應(yīng)控制(VSC-MRAC)算法估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。采用變結(jié)構(gòu)控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)模型參考自適應(yīng)控制中的PI控制器,同時(shí)采用雙正切函數(shù)代替符號(hào)函數(shù)以降低滑模抖動(dòng)現(xiàn)象,結(jié)果表明該轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法具有較好的準(zhǔn)確性和魯棒性。在低速時(shí)采用基于廣義二階積分器的脈振高頻電流注入法,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和估計(jì)的精度。采用復(fù)合控制將低速和中高速的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法相結(jié)合,進(jìn)行兩種估計(jì)算法的平滑切換,實(shí)現(xiàn)了雙繞組FTPMM在全速域內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)。第四,為了保證電機(jī)在故障情況下仍能準(zhǔn)確估算出轉(zhuǎn)子位置信息,將電流矢量容錯(cuò)控制策略應(yīng)用于無(wú)位置傳感器控制中。通過(guò)理論計(jì)算可知,采用電流矢量容錯(cuò)控制策略后,與估計(jì)轉(zhuǎn)子位置直接相關(guān)的dq軸電流在電機(jī)發(fā)生開(kāi)路或短路故障前后能保持不變。因此,無(wú)故障情況下的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法在電機(jī)發(fā)生故障且采用電流矢量容錯(cuò)控制策略后仍然適用。通過(guò)仿真驗(yàn)證了雙繞組FTPMM在低速和中高速情況下轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法的正確性和可行性。第五,在基于TMS320F28335 DSP的雙繞組FTPMM控制系統(tǒng)硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上設(shè)計(jì)調(diào)試了改進(jìn)型恒定磁動(dòng)勢(shì)容錯(cuò)控制策略、電流矢量容錯(cuò)控制策略及中高速VSC-MRAC轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法的程序。在試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了電機(jī)在無(wú)故障情況下的SVPWM和CHBPWM矢量容錯(cuò)控制實(shí)驗(yàn),電機(jī)在無(wú)故障、一相開(kāi)路故障狀態(tài)下的容錯(cuò)控制實(shí)驗(yàn)及轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于VSC-MRAC的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)算法在電機(jī)正常及一相開(kāi)路情況下均可準(zhǔn)確估計(jì)出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｗａｖｅｆｏｒｍｓ邋ｏｆ邋ＣＨＢＰＷＭ邋ｉｎ邋ｐｈａｓｅ邋Ａ逡逑用復(fù)平面表示參考電流矢量和實(shí)際電流矢量以及電流矢量偏差，三相開(kāi)關(guān)線(xiàn)如逡逑圖２．６所示。以Ａ相為例，開(kāi)關(guān)線(xiàn)＋Ａ和－Ａ相寬度為２／／，＝邋在滯環(huán)比較器逡逑作用下，電流偏差Ａ／ａ被限制在滯環(huán)寬度勸內(nèi)，相當(dāng)于將Ａ／ｓ限制在２／？?jī)?nèi)，即（與＜逡逑在Ａ軸方向上的偏差｜八《將受限于開(kāi)關(guān)線(xiàn)＋Ａ和－Ａ。同理，畫(huà)出Ｂ相和Ｃ相的開(kāi)關(guān)逡逑線(xiàn)。開(kāi)關(guān)圖的中心固定于參考電流矢量＜的頂點(diǎn)上，隨＜一起移動(dòng)，在三個(gè)滯環(huán)逡逑比較器的作用下，／ｓ在跟蹤（的過(guò)程中，其偏差被限定于由三相開(kāi)關(guān)線(xiàn)構(gòu)成的內(nèi)六逡逑邊形內(nèi)。逡逑ｉ邐Ｂ逡逑，ｍ逡逑暑逡逑Ｃ逡逑ｈ邋ｈ邋ｈ邋，邋ｈ逡逑０邐Ｒ廣逡逑圖２．６滯環(huán)比較器開(kāi)關(guān)圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．６邋Ｓｗｉｔｃｈ邋ｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ邋ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ逡逑采用移相三電平方式對(duì)驅(qū)動(dòng)器的相電流進(jìn)行跟蹤控制，使輸出電壓在ｆ／ｄｃ，0，，逡逑－％。之間切換１１５４］。根據(jù)

０）１逡逑－０．５％逡逑圖２．５永磁容錯(cuò)電機(jī)Ａ相電流滯環(huán)控電流波形逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｗａｖｅｆｏｒｍｓ邋ｏｆ邋ＣＨＢＰＷＭ邋ｉｎ邋ｐｈａｓｅ邋Ａ逡逑用復(fù)平面表示參考電流矢量和實(shí)際電流矢量以及電流矢量偏差，三相開(kāi)關(guān)線(xiàn)如逡逑圖２．６所示。以Ａ相為例，開(kāi)關(guān)線(xiàn)＋Ａ和－Ａ相寬度為２／／，＝邋在滯環(huán)比較器逡逑作用下，電流偏差Ａ／ａ被限制在滯環(huán)寬度勸內(nèi)，相當(dāng)于將Ａ／ｓ限制在２／？?jī)?nèi)，即（與＜逡逑在Ａ軸方向上的偏差｜八《將受限于開(kāi)關(guān)線(xiàn)＋Ａ和－Ａ。同理，畫(huà)出Ｂ相和Ｃ相的開(kāi)關(guān)逡逑線(xiàn)。開(kāi)關(guān)圖的中心固定于參考電流矢量＜的頂點(diǎn)上，隨＜一起移動(dòng)，在三個(gè)滯環(huán)逡逑比較器的作用下，／ｓ在跟蹤（的過(guò)程中，其偏差被限定于由三相開(kāi)關(guān)線(xiàn)構(gòu)成的內(nèi)六逡逑邊形內(nèi)。逡逑ｉ邐Ｂ逡逑，ｍ逡逑暑逡逑Ｃ逡逑ｈ邋ｈ邋ｈ邋
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM351;TP212

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本文編號(hào)：2588619