【摘要】：隨著我國航空航天技術(shù)的發(fā)展,新一代運(yùn)載火箭對(duì)伺服系統(tǒng)的可靠性提出更高的要求,希望系統(tǒng)在發(fā)生故障的條件下仍能夠可靠運(yùn)行,本文重點(diǎn)研究容錯(cuò)技術(shù)在機(jī)電伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文采用繞組冗余式五相電機(jī)方案實(shí)現(xiàn)電機(jī)本體的容錯(cuò),詳細(xì)分析了五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的特點(diǎn),明確容錯(cuò)電機(jī)必須具備電氣隔離、物理及熱隔離、磁隔離以及抑制短路電流的能力,并通過單層集中繞組、隔齒繞制、H橋供電、增大槽口漏感等方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)的隔離要求。通過對(duì)電機(jī)使用條件、功率密度、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、控制資源等約束的分析,確定了以耐高溫釹鐵硼作為永磁體材料,Halbach充磁方式,五相十槽十二極單層集中式繞組為特征的電機(jī)方案。容錯(cuò)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)容錯(cuò)運(yùn)行依賴于其控制算法,容錯(cuò)電機(jī)的控制算法分為正常狀態(tài)下控制算法及故障狀態(tài)下控制算法。本文建立五相容錯(cuò)電機(jī)數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出兩種正常狀態(tài)下基于H橋的電壓空間矢量控制算法(相鄰二矢量法和相鄰四矢量法),并利用Matlab-Simulink進(jìn)行算法仿真分析,比較兩種算法的優(yōu)劣,最終確定選用相鄰四矢量的電壓空間矢量算法作為容錯(cuò)電機(jī)正常狀態(tài)下的控制算法。故障診斷是為了在故障初期對(duì)故障的發(fā)生進(jìn)行快速檢測(cè),并達(dá)到對(duì)故障相進(jìn)行切除隔離,為系統(tǒng)決策提供參考,避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大的目的,也是系統(tǒng)切換容錯(cuò)算法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文對(duì)容錯(cuò)電機(jī)的故障特征進(jìn)行分析,明確電機(jī)故障主要為開路故障和短路故障,并對(duì)兩種故障分別提出診斷方式,推導(dǎo)出針對(duì)兩種故障的容錯(cuò)算法,并分別進(jìn)行有限元仿真分析,實(shí)現(xiàn)算法的有效性驗(yàn)證。對(duì)于容錯(cuò)電機(jī)的控制,其基本要求為轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快,精度高,波動(dòng)小,其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的高性能控制。本文提出兩種基于Id=0的控制系統(tǒng):單空間矢量控制及雙空間矢量控制。在正常狀態(tài)下,電機(jī)采用基于電壓空間矢量算法的單空間矢量控制;處于故障狀態(tài)時(shí),電機(jī)將采用基于電流滯環(huán)算法的雙空間矢量控制。本文針對(duì)兩種狀態(tài)下的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模分析,驗(yàn)證容錯(cuò)控制方案的有效性。最后進(jìn)行試驗(yàn),搭建試驗(yàn)平臺(tái),對(duì)基于H橋的五相容錯(cuò)電機(jī)控制算法進(jìn)行驗(yàn)證,通過電機(jī)空載、帶載運(yùn)行,故障模擬等試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié),分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,證明本文所設(shè)計(jì)的五相容錯(cuò)電機(jī)在容錯(cuò)算法控制下可以在一度故障狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行。
【學(xué)位授予單位】：中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM31

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