【摘要】：隨著我國航空航天技術(shù)的發(fā)展,新一代運載火箭對伺服系統(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行,本文重點研究容錯技術(shù)在機電伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文采用繞組冗余式五相電機方案實現(xiàn)電機本體的容錯,詳細分析了五相永磁容錯電機的特點,明確容錯電機必須具備電氣隔離、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現(xiàn)電機的隔離要求。通過對電機使用條件、功率密度、轉(zhuǎn)矩波動、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方案。容錯電機能夠?qū)崿F(xiàn)容錯運行依賴于其控制算法,容錯電機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。本文建立五相容錯電機數(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電機正常狀態(tài)下的控制算法。故障診斷是為了在故障初期對故障的發(fā)生進行快速檢測,并達到對故障相進行切除隔離,為系統(tǒng)決策提供參考,避免故障進一步擴大的目的,也是系統(tǒng)切換容錯算法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文對容錯電機的故障特征進行分析,明確電機故障主要為開路故障和短路故障,并對兩種故障分別提出診斷方式,推導(dǎo)出針對兩種故障的容錯算法,并分別進行有限元仿真分析,實現(xiàn)算法的有效性驗證。對于容錯電機的控制,其基本要求為轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快,精度高,波動小,其關(guān)鍵在于實現(xiàn)對電機瞬時轉(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,電機將采用基于電流滯環(huán)算法的雙空間矢量控制。本文針對兩種狀態(tài)下的控制系統(tǒng)進行仿真建模分析,驗證容錯控制方案的有效性。最后進行試驗,搭建試驗平臺,對基于H橋的五相容錯電機控制算法進行驗證,通過電機空載、帶載運行,故障模擬等試驗驗證環(huán)節(jié),分析實驗結(jié)果,證明本文所設(shè)計的五相容錯電機在容錯算法控制下可以在一度故障狀態(tài)下穩(wěn)定運行。
【學(xué)位授予單位】：中國運載火箭技術(shù)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM31

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