永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有高功率因數(shù)、高轉(zhuǎn)矩比及高效率等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和新能源車的電驅(qū)動系統(tǒng)。PMSM一旦發(fā)生故障,必然會降低系統(tǒng)的可靠性。三相不對稱是一種常見的電機故障,該故障在發(fā)生初期不易被察覺,容易造成電機轉(zhuǎn)矩脈動,從而降低電驅(qū)動系統(tǒng)效率。因此,針對三相不對稱故障進行故障診斷以及控制策略的研究具有重要的意義。本文的研究對象是星型連接的表貼式永磁同步電機,主要研究由于定子電阻不對稱造成的三相不對稱故障,包括故障診斷和電機控制策略。具體研究內(nèi)容如下:首先,通過大量閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻,總結(jié)和對比了常用的故障診斷方法與電機控制策略。推導(dǎo)了可用于定子電阻不對稱分析的永磁同步電機廣義動態(tài)數(shù)學(xué)模型,并把模型擴展到兩相靜止坐標系及旋轉(zhuǎn)坐標系。本文搭建了廣義永磁同步電機矢量控制(Field Oriented Control,FOC)仿真系統(tǒng),并對定子電阻對稱、一相不對稱和三相不對稱分別進行仿真。仿真結(jié)果表明,故障狀態(tài)下的相電流發(fā)生了畸變,電機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生了脈動振蕩。其次,采用了帶遺忘因子的最小二乘法(Forgetting Factor Recursive Least Squares,FFRLS)作為三相不對稱故障的診斷手段。根據(jù)廣義下d、q軸電壓方程模型,構(gòu)建FFRLS標準形式以及最小化函數(shù)。經(jīng)過MATLAB仿真,驗證了本文辨識算法的準確性與時效性,實現(xiàn)了三相定子電阻在線辨識。通過對比辨識值與正常值,可以快速準確診斷出故障相。再次,針對定子電阻不對稱故障帶來的電機脈動振蕩,設(shè)計了一種基于迭代學(xué)習(xí)控制(Iterative Learning Control,ILC)的脈動抑制控制策略。本文構(gòu)造了一種帶遺忘因子的PI型閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)控制器,與FOC中的速度調(diào)節(jié)器并聯(lián),以電機轉(zhuǎn)速偏差作為輸入量,對軸參考電流進行補償,并根據(jù)電機運動方程,對ILC進行收斂性分析。本文對脈動抑制控制策略進行仿真,仿真結(jié)果表明,一相不對稱的永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩脈動系數(shù)和轉(zhuǎn)速脈動系數(shù)經(jīng)過抑制后有了明顯降低,驗證了基于ILC脈動抑制控制策略的有效性。最后,進行電機控制實驗平臺設(shè)計。本文以TI公司的開發(fā)套件為基礎(chǔ)搭建電機驅(qū)動平臺,并針對控制核心TMS320F28035進行電機控制算法軟件設(shè)計。實驗方面,以驅(qū)動線纜串聯(lián)大功率滑動變阻器的方式模擬定子電阻不對稱故障,設(shè)計了一相不對稱故障模擬空載實驗,通過數(shù)據(jù)采集卡對不同轉(zhuǎn)速下的三相電流信號進行高速同步采集,并利用MATLAB對數(shù)據(jù)進行時域和頻域分析,為后續(xù)的電機故障模擬實驗奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：濟南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM341;TP277
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 PMSM故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 PMSM電機控制策略的研究現(xiàn)狀
    1.3 論文的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)
第二章 廣義PMSM數(shù)學(xué)模型
    2.1 PMSM的類型
    2.2 廣義PMSM數(shù)學(xué)建模
        2.2.1 坐標變換
        2.2.2 廣義動態(tài)數(shù)學(xué)模型
    2.3 廣義PMSM仿真模型搭建及驗證
        2.3.1 空間矢量調(diào)制技術(shù)
        2.3.2 Simulink仿真模型
        2.3.3 仿真驗證及分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 三相不對稱狀態(tài)下PMSM定子電阻辨識
    3.1 系統(tǒng)辨識理論
        3.1.1 系統(tǒng)辨識方法簡介
        3.1.2 最小二乘法
    3.2 基于FFRLS的電阻辨識
    3.3 仿真驗證及分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 基于ILC的轉(zhuǎn)矩脈動抑制控制策略
    4.1 迭代學(xué)習(xí)控制理論
        4.1.1 迭代學(xué)習(xí)控制
        4.1.2 迭代學(xué)習(xí)律分類
    4.2 基于ILC的脈動抑制控制器設(shè)計
        4.2.1 構(gòu)造迭代學(xué)習(xí)控制律
        4.2.2 確定系統(tǒng)收斂條件
    4.3 仿真驗證及分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 電機控制實驗平臺設(shè)計
    5.1 實驗平臺搭建
        5.1.1 電機驅(qū)動平臺搭建
        5.1.2 故障模擬實驗設(shè)計
    5.2 軟件設(shè)計
        5.2.1 軟件總體設(shè)計
        5.2.2 轉(zhuǎn)子位置確定及轉(zhuǎn)速計算
        5.2.3 速度環(huán)調(diào)節(jié)
        5.2.4 電流環(huán)調(diào)節(jié)
        5.2.5 SVPWM程序設(shè)計
    5.3 實驗與分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻
致謝
附錄

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