【摘要】：永磁容錯電機(jī)(FTPMM)具有故障容錯能力,可應(yīng)用于對推進(jìn)系統(tǒng)可靠性要求高的航空、船舶及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。與單永磁容錯電機(jī)系統(tǒng)和雙余度永磁容錯電機(jī)系統(tǒng)比較,雙繞組永磁容錯電機(jī)綜合了二者可靠性高、空間利用率高、成本低的優(yōu)點。無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)和容錯控制策略的特殊性,永磁容錯電機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)的研究比較有限。因此,本文對雙繞組永磁容錯電機(jī)的容錯控制策略和無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電機(jī)的矢量控制技術(shù)。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(jī)矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動小,諧波含量種類少;基于CHBPWM控制策略的電機(jī)矢量控制系統(tǒng)控制相對簡單,響應(yīng)速度較快,魯棒性好。雙繞組永磁容錯電機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)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(jìn)行控制的,在故障時能通過直接補(bǔ)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(jī)進(jìn)行控制。第二,研究了雙繞組永磁容錯電機(jī)的容錯控制策略。通過對電機(jī)磁動勢進(jìn)行控制提出了基于改進(jìn)型恒定磁動勢容錯控制策略,可以保證電機(jī)故障前后磁動勢的圓形軌跡和大小不變;通過直接對電機(jī)電流進(jìn)行補(bǔ)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(jī)輸出轉(zhuǎn)矩保持不變。通過仿真對比分析了加倍增大對應(yīng)相電流容錯控制策略、最優(yōu)轉(zhuǎn)矩容錯控制策略、改進(jìn)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(zhuǎn)矩脈動及計算復(fù)雜性等指標(biāo),結(jié)果表明基于電流矢量的故障容錯控制策略具有轉(zhuǎn)矩脈動低、計算過程簡單的優(yōu)點,而且可用于開路短路復(fù)合故障情況;第三,針對電機(jī)無位置傳感器控制問題,在中高速時采用變結(jié)構(gòu)模型參考自適應(yīng)控制(VSC-MRAC)算法估計電機(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(jié)果表明該轉(zhuǎn)子位置估計算法具有較好的準(zhǔn)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(fù)合控制將低速和中高速的轉(zhuǎn)子位置估計算法相結(jié)合,進(jìn)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(nèi)的轉(zhuǎn)子位置估計。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,將電流矢量容錯控制策略應(yīng)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(zhuǎn)子位置直接相關(guān)的dq軸電流在電機(jī)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(zhuǎn)子位置估計算法在電機(jī)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(zhuǎn)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(shè)計調(diào)試了改進(jìn)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(zhuǎn)子位置估計算法的程序。在試驗平臺上進(jìn)行了電機(jī)在無故障情況下的SVPWM和CHBPWM矢量容錯控制實驗,電機(jī)在無故障、一相開路故障狀態(tài)下的容錯控制實驗及轉(zhuǎn)子位置估計算法實驗。實驗結(jié)果表明基于VSC-MRAC的轉(zhuǎn)子位置估計算法在電機(jī)正常及一相開路情況下均可準(zhǔn)確估計出電機(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際電流矢量以及電流矢量偏差，三相開關(guān)線如逡逑圖２．６所示。以Ａ相為例，開關(guān)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(nèi)，相當(dāng)于將Ａ／ｓ限制在２／？內(nèi)，即（與＜逡逑在Ａ軸方向上的偏差｜八《將受限于開關(guān)線＋Ａ和－Ａ。同理，畫出Ｂ相和Ｃ相的開關(guān)逡逑線。開關(guān)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(guān)線構(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驅(qū)動器的相電流進(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際電流矢量以及電流矢量偏差，三相開關(guān)線如逡逑圖２．６所示。以Ａ相為例，開關(guān)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(nèi)，相當(dāng)于將Ａ／ｓ限制在２／？內(nèi)，即（與＜逡逑在Ａ軸方向上的偏差｜八《將受限于開關(guān)線＋Ａ和－Ａ。同理，畫出Ｂ相和Ｃ相的開關(guān)逡逑線。開關(guān)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(guān)線構(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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM351;TP212

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本文編號：2588619