永磁同步電機(jī)(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(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和新能源車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。PMSM一旦發(fā)生故障,必然會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。三相不對(duì)稱是一種常見的電機(jī)故障,該故障在發(fā)生初期不易被察覺,容易造成電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),從而降低電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率。因此,針對(duì)三相不對(duì)稱故障進(jìn)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(duì)象是星型連接的表貼式永磁同步電機(jī),主要研究由于定子電阻不對(duì)稱造成的三相不對(duì)稱故障,包括故障診斷和電機(jī)控制策略。具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,通過(guò)大量閱讀國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),總結(jié)和對(duì)比了常用的故障診斷方法與電機(jī)控制策略。推導(dǎo)了可用于定子電阻不對(duì)稱分析的永磁同步電機(jī)廣義動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,并把模型擴(kuò)展到兩相靜止坐標(biāo)系及旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。本文搭建了廣義永磁同步電機(jī)矢量控制(Field Oriented Control,FOC)仿真系統(tǒng),并對(duì)定子電阻對(duì)稱、一相不對(duì)稱和三相不對(duì)稱分別進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生了脈動(dòng)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)形式以及最小化函數(shù)。經(jīng)過(guò)MATLAB仿真,驗(yàn)證了本文辨識(shí)算法的準(zhǔn)確性與時(shí)效性,實(shí)現(xiàn)了三相定子電阻在線辨識(shí)。通過(guò)對(duì)比辨識(shí)值與正常值,可以快速準(zhǔn)確診斷出故障相。再次,針對(duì)定子電阻不對(duì)稱故障帶來(lái)的電機(jī)脈動(dòng)振蕩,設(shè)計(jì)了一種基于迭代學(xué)習(xí)控制(Iterative Learning Control,ILC)的脈動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速偏差作為輸入量,對(duì)軸參考電流進(jìn)行補(bǔ)償,并根據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程,對(duì)ILC進(jìn)行收斂性分析。本文對(duì)脈動(dòng)抑制控制策略進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明,一相不對(duì)稱的永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)系數(shù)經(jīng)過(guò)抑制后有了明顯降低,驗(yàn)證了基于ILC脈動(dòng)抑制控制策略的有效性。最后,進(jìn)行電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)。本文以TI公司的開發(fā)套件為基礎(chǔ)搭建電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái),并針對(duì)控制核心TMS320F28035進(jìn)行電機(jī)控制算法軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)方面,以驅(qū)動(dòng)線纜串聯(lián)大功率滑動(dòng)變阻器的方式模擬定子電阻不對(duì)稱故障,設(shè)計(jì)了一相不對(duì)稱故障模擬空載實(shí)驗(yàn),通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)不同轉(zhuǎn)速下的三相電流信號(hào)進(jìn)行高速同步采集,并利用MATLAB對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析,為后續(xù)的電機(jī)故障模擬實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)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(guó)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(jī)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(biāo)變換
        2.2.2 廣義動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型
    2.3 廣義PMSM仿真模型搭建及驗(yàn)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(yàn)證及分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 三相不對(duì)稱狀態(tài)下PMSM定子電阻辨識(shí)
    3.1 系統(tǒng)辨識(shí)理論
        3.1.1 系統(tǒng)辨識(shí)方法簡(jiǎn)介
        3.1.2 最小二乘法
    3.2 基于FFRLS的電阻辨識(shí)
    3.3 仿真驗(yàn)證及分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 基于ILC的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)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(dòng)抑制控制器設(shè)計(jì)
        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(yàn)證及分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)
    5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建
        5.1.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)搭建
        5.1.2 故障模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
    5.2 軟件設(shè)計(jì)
        5.2.1 軟件總體設(shè)計(jì)
        5.2.2 轉(zhuǎn)子位置確定及轉(zhuǎn)速計(jì)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(jì)
    5.3 實(shí)驗(yàn)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(xiàn)
致謝
附錄

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