【摘要】：永磁容錯電機(FTPMM)具有故障容錯能力,可應用于對推進系統(tǒng)可靠性要求高的航空、船舶及醫(yī)學等領域。與單永磁容錯電機系統(tǒng)和雙余度永磁容錯電機系統(tǒng)比較,雙繞組永磁容錯電機綜合了二者可靠性高、空間利用率高、成本低的優(yōu)點。無位置傳感器控制技術已經在永磁同步電機(PMSM)控制中得到成功應用,但由于FTPMM本體結構和容錯控制策略的特殊性,永磁容錯電機無位置傳感器控制技術的研究比較有限。因此,本文對雙繞組永磁容錯電機的容錯控制策略和無位置傳感器控制技術進行研究。第一,分析了雙繞組永磁容錯電機的矢量控制技術。通過對比空間電壓矢量(SVPWM)和電流滯環(huán)跟蹤(CHBPWM)兩種電流PWM矢量控制策略,基于SVPWM控制策略的電機矢量控制系統(tǒng)轉矩和轉速脈動小,諧波含量種類少;基于CHBPWM控制策略的電機矢量控制系統(tǒng)控制相對簡單,響應速度較快,魯棒性好。雙繞組永磁容錯電機結構的特殊性使得SVPWM控制時對電流的正弦度有一定影響,且在電機發(fā)生故障時計算電壓矢量有一定難度,而CHBPWM控制是直接對電流進行控制的,在故障時能通過直接補償電流而維持穩(wěn)定運行狀態(tài)。因此,本論文選用CHBPWM控制策略對電機進行控制。第二,研究了雙繞組永磁容錯電機的容錯控制策略。通過對電機磁動勢進行控制提出了基于改進型恒定磁動勢容錯控制策略,可以保證電機故障前后磁動勢的圓形軌跡和大小不變;通過直接對電機電流進行補償分配提出了電流矢量容錯控制策略,可以保證故障前后電機輸出轉矩保持不變。通過仿真對比分析了加倍增大對應相電流容錯控制策略、最優(yōu)轉矩容錯控制策略、改進型恒定磁動勢容錯控制策略和電流矢量容錯控制策略的銅耗、轉矩脈動及計算復雜性等指標,結果表明基于電流矢量的故障容錯控制策略具有轉矩脈動低、計算過程簡單的優(yōu)點,而且可用于開路短路復合故障情況;第三,針對電機無位置傳感器控制問題,在中高速時采用變結構模型參考自適應控制(VSC-MRAC)算法估計電機轉子位置。采用變結構控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)模型參考自適應控制中的PI控制器,同時采用雙正切函數(shù)代替符號函數(shù)以降低滑模抖動現(xiàn)象,結果表明該轉子位置估計算法具有較好的準確性和魯棒性。在低速時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)定性和估計的精度。采用復合控制將低速和中高速的轉子位置估計算法相結合,進行兩種估計算法的平滑切換,實現(xiàn)了雙繞組FTPMM在全速域內的轉子位置估計。第四,為了保證電機在故障情況下仍能準確估算出轉子位置信息,將電流矢量容錯控制策略應用于無位置傳感器控制中。通過理論計算可知,采用電流矢量容錯控制策略后,與估計轉子位置直接相關的dq軸電流在電機發(fā)生開路或短路故障前后能保持不變。因此,無故障情況下的轉子位置估計算法在電機發(fā)生故障且采用電流矢量容錯控制策略后仍然適用。通過仿真驗證了雙繞組FTPMM在低速和中高速情況下轉子位置估計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)硬件實驗平臺上設計調試了改進型恒定磁動勢容錯控制策略、電流矢量容錯控制策略及中高速VSC-MRAC轉子位置估計算法的程序。在試驗平臺上進行了電機在無故障情況下的SVPWM和CHBPWM矢量容錯控制實驗,電機在無故障、一相開路故障狀態(tài)下的容錯控制實驗及轉子位置估計算法實驗。實驗結果表明基于VSC-MRAC的轉子位置估計算法在電機正常及一相開路情況下均可準確估計出電機轉子位置和轉速。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｗａｖｅｆｏｒｍｓ邋ｏｆ邋ＣＨＢＰＷＭ邋ｉｎ邋ｐｈａｓｅ邋Ａ逡逑用復平面表示參考電流矢量和實際電流矢量以及電流矢量偏差，三相開關線如逡逑圖２．６所示。以Ａ相為例，開關線＋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，相當于將Ａ／ｓ限制在２／？內，即（與＜逡逑在Ａ軸方向上的偏差｜八《將受限于開關線＋Ａ和－Ａ。同理，畫出Ｂ相和Ｃ相的開關逡逑線。開關圖的中心固定于參考電流矢量＜的頂點上，隨＜一起移動，在三個滯環(huán)逡逑比較器的作用下，／ｓ在跟蹤（的過程中，其偏差被限定于由三相開關線構成的內六逡逑邊形內。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)比較器開關圖逡逑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驅動器的相電流進行跟蹤控制，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永磁容錯電機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逡逑用復平面表示參考電流矢量和實際電流矢量以及電流矢量偏差，三相開關線如逡逑圖２．６所示。以Ａ相為例，開關線＋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，相當于將Ａ／ｓ限制在２／？內，即（與＜逡逑在Ａ軸方向上的偏差｜八《將受限于開關線＋Ａ和－Ａ。同理，畫出Ｂ相和Ｃ相的開關逡逑線。開關圖的中心固定于參考電流矢量＜的頂點上，隨＜一起移動，在三個滯環(huán)逡逑比較器的作用下，／ｓ在跟蹤（的過程中，其偏差被限定于由三相開關線構成的內六逡逑邊形內。逡逑ｉ邐Ｂ逡逑，ｍ逡逑暑逡逑Ｃ逡逑ｈ邋ｈ邋ｈ邋
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM351;TP212

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本文編號：2588619