双绕组永磁容错电机无位置传感器控制技术研究

发布时间：2020-03-18 10:41

【摘要】：永磁容错电机(FTPMM)具有故障容错能力,可应用于对推进系统可靠性要求高的航空、船舶及医学等领域。与单永磁容错电机系统和双余度永磁容错电机系统比较,双绕组永磁容错电机综合了二者可靠性高、空间利用率高、成本低的优点。无位置传感器控制技术已经在永磁同步电机(PMSM)控制中得到成功应用,但由于FTPMM本体结构和容错控制策略的特殊性,永磁容错电机无位置传感器控制技术的研究比较有限。因此,本文对双绕组永磁容错电机的容错控制策略和无位置传感器控制技术进行研究。第一,分析了双绕组永磁容错电机的矢量控制技术。通过对比空间电压矢量(SVPWM)和电流滞环跟踪(CHBPWM)两种电流PWM矢量控制策略,基于SVPWM控制策略的电机矢量控制系统转矩和转速脉动小,谐波含量种类少;基于CHBPWM控制策略的电机矢量控制系统控制相对简单,响应速度较快,鲁棒性好。双绕组永磁容错电机结构的特殊性使得SVPWM控制时对电流的正弦度有一定影响,且在电机发生故障时计算电压矢量有一定难度,而CHBPWM控制是直接对电流进行控制的,在故障时能通过直接补偿电流而维持稳定运行状态。因此,本论文选用CHBPWM控制策略对电机进行控制。第二,研究了双绕组永磁容错电机的容错控制策略。通过对电机磁动势进行控制提出了基于改进型恒定磁动势容错控制策略,可以保证电机故障前后磁动势的圆形轨迹和大小不变;通过直接对电机电流进行补偿分配提出了电流矢量容错控制策略,可以保证故障前后电机输出转矩保持不变。通过仿真对比分析了加倍增大对应相电流容错控制策略、最优转矩容错控制策略、改进型恒定磁动势容错控制策略和电流矢量容错控制策略的铜耗、转矩脉动及计算复杂性等指标,结果表明基于电流矢量的故障容错控制策略具有转矩脉动低、计算过程简单的优点,而且可用于开路短路复合故障情况;第三,针对电机无位置传感器控制问题,在中高速时采用变结构模型参考自适应控制(VSC-MRAC)算法估计电机转子位置。采用变结构控制器代替传统模型参考自适应控制中的PI控制器,同时采用双正切函数代替符号函数以降低滑模抖动现象,结果表明该转子位置估计算法具有较好的准确性和鲁棒性。在低速时采用基于广义二阶积分器的脉振高频电流注入法,提高了系统的稳定性和估计的精度。采用复合控制将低速和中高速的转子位置估计算法相结合,进行两种估计算法的平滑切换,实现了双绕组FTPMM在全速域内的转子位置估计。第四,为了保证电机在故障情况下仍能准确估算出转子位置信息,将电流矢量容错控制策略应用于无位置传感器控制中。通过理论计算可知,采用电流矢量容错控制策略后,与估计转子位置直接相关的dq轴电流在电机发生开路或短路故障前后能保持不变。因此,无故障情况下的转子位置估计算法在电机发生故障且采用电流矢量容错控制策略后仍然适用。通过仿真验证了双绕组FTPMM在低速和中高速情况下转子位置估计算法的正确性和可行性。第五,在基于TMS320F28335 DSP的双绕组FTPMM控制系统硬件实验平台上设计调试了改进型恒定磁动势容错控制策略、电流矢量容错控制策略及中高速VSC-MRAC转子位置估计算法的程序。在试验平台上进行了电机在无故障情况下的SVPWM和CHBPWM矢量容错控制实验,电机在无故障、一相开路故障状态下的容错控制实验及转子位置估计算法实验。实验结果表明基于VSC-MRAC的转子位置估计算法在电机正常及一相开路情况下均可准确估计出电机转子位置和转速。
【图文】：

Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｗａｖｅｆｏｒｍｓ邋ｏｆ邋ＣＨＢＰＷＭ邋ｉｎ邋ｐｈａｓｅ邋Ａ逡逑用复平面表示参考电流矢量和实际电流矢量以及电流矢量偏差，三相开关线如逡逑图２．６所示。以Ａ相为例，开关线＋Ａ和－Ａ相宽度为２／／，＝邋在滞环比较器逡逑作用下，电流偏差Ａ／ａ被限制在滞环宽度劝内，相当于将Ａ／ｓ限制在２／？内，即（与＜逡逑在Ａ轴方向上的偏差｜八《将受限于开关线＋Ａ和－Ａ。同理，画出Ｂ相和Ｃ相的开关逡逑线。开关图的中心固定于参考电流矢量＜的顶点上，随＜一起移动，在三个滞环逡逑比较器的作用下，／ｓ在跟踪（的过程中，其偏差被限定于由三相开关线构成的内六逡逑边形内。逡逑ｉ逦Ｂ逡逑，ｍ逡逑暑逡逑Ｃ逡逑ｈ邋ｈ邋ｈ邋，邋ｈ逡逑０逦Ｒ广逡逑图２．６滞环比较器开关图逡逑Ｆｉｇ．邋２．６邋Ｓｗｉｔｃｈ邋ｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ邋ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ逡逑采用移相三电平方式对驱动器的相电流进行跟踪控制，使输出电压在ｆ／ｄｃ，0，，逡逑－％。之间切换１１５４］。根据

０）１逡逑－０．５％逡逑图２．５永磁容错电机Ａ相电流滞环控电流波形逡逑Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｗａｖｅｆｏｒｍｓ邋ｏｆ邋ＣＨＢＰＷＭ邋ｉｎ邋ｐｈａｓｅ邋Ａ逡逑用复平面表示参考电流矢量和实际电流矢量以及电流矢量偏差，三相开关线如逡逑图２．６所示。以Ａ相为例，开关线＋Ａ和－Ａ相宽度为２／／，＝邋在滞环比较器逡逑作用下，电流偏差Ａ／ａ被限制在滞环宽度劝内，相当于将Ａ／ｓ限制在２／？内，即（与＜逡逑在Ａ轴方向上的偏差｜八《将受限于开关线＋Ａ和－Ａ。同理，画出Ｂ相和Ｃ相的开关逡逑线。开关图的中心固定于参考电流矢量＜的顶点上，随＜一起移动，在三个滞环逡逑比较器的作用下，／ｓ在跟踪（的过程中，其偏差被限定于由三相开关线构成的内六逡逑边形内。逡逑ｉ逦Ｂ逡逑，ｍ逡逑暑逡逑Ｃ逡逑ｈ邋ｈ邋ｈ邋
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM351;TP212

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 封祖建;;解决双绕组电抗移相自励发电机并网时的振荡问题[J];中小型电机;1987年06期

2 卓祥辉;双绕组发电机的短路烘干法[J];水力发电;1988年08期

3 刘立;;双绕组可调电抗变流自励恒压系统[J];中小型电机;1988年05期

4 王振民;孙永策;;电动机双绕组快速制动[J];煤矿机电;1989年02期

5 陈淼,罗伟;舰船双绕组发电机综合控制装置的研究[J];船电技术;2004年05期

6 李岩;李彬;刘照;;双绕组电机变频调速控制系统[J];防爆电机;2015年02期

7 赵晖,封俐,赵东,朱新滨,杜晖;双绕组电机在电力系统中的发展[J];黑龙江电力;2002年02期

8 庄旭;韩庆龙;;双绕组电机在抽油机优化节能分析中的精确仿真模型[J];油气田地面工程;2010年06期

9 郭秀河;双绕组多速电动机内部环流的分析[J];中小型电机;1995年06期

10 张波;;抽油机双绕组电机应用节能效果研究[J];石油和化工节能;2014年04期

相关会议论文 前2条

1 任永强;;双绕组同步提升机交直交变频调速控制系统研究[A];第七届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2012年

2 于庆广;范子超;李立理;贺静波;汪浩;李锫;;双绕组同步电机的12脉波变频传动系统[A];第12届全国电气自动化与电控系统学术年会论文集[C];2004年

相关博士学位论文 前2条

1 白洪芬;双绕组永磁容错电机无位置传感器控制技术研究[D];大连海事大学;2018年

2 刘陵顺;定子双绕组感应发电机的设计及控制系统的研究[D];南京航空航天大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 万增强;基于虚拟同步发电机的定子双绕组异步风电系统并网运行与控制[D];江苏大学;2017年

2 梁艳;双绕组永磁容错电机转子位置估计算法研究[D];大连海事大学;2018年

3 苏文兵;双绕组无刷直流电动机电气故障及可靠性的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

4 尹玲玲;适用于变速恒频风力发电的定子双绕组感应发电系统的研究[D];南京航空航天大学;2006年

5 邱景峰;定子双绕组感应发电控制系统的研究[D];南京航空航天大学;2007年

6 潘东华;定子双绕组高速感应发电机励磁控制策略研究[D];沈阳工业大学;2008年

7 陈光辉;定子双绕组感应发电系统励磁控制的研究[D];南京航空航天大学;2007年

8 叶万富;定子双绕组感应发电系统的研究[D];南京航空航天大学;2005年

9 毛亮;基于虚拟同步发电机技术的定子双绕组异步风电系统研究[D];江苏大学;2016年

10 张勇;适用于风力发电的定子双绕组感应发电系统研究[D];南京航空航天大学;2009年

本文编号：2588619