六相永磁同步电机容错控制研究

发布时间：2020-07-13 14:38

【摘要】：永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,简称PMSM)以其高效节能、维修便利等优势于军事、工业等领域脱颖而出。国内外学者起初主要以三相PMSM作为研究对象,但三相电机并不能满足许多需要高精度、高可靠性的场合。而多相永磁同步电机因相数的冗余,当电机出现故障时,不必停止运行,只需通过调整其控制方式,进入容错补偿控制算法即可使系统恢复运行。因此对于多相PMSM容错控制的研究开始逐渐深入。本文将六相PMSM作为研究对象,主要研究内容如下:首先,阐述了六相PMSM定子绕组结构特点和工作原理,推导出六相静止到两相旋转坐标系的变换矩阵,将非线性的六相PMSM数学模型转换为解耦的六相PMSM数学模型。在d-q坐标系下采用磁场定向控制,采用PI控制对电流环和速度环进行调节,利用MATLAB/Simulink搭建六相PMSM控制系统,对其进行仿真验证。其次,本文分析了六相PMSM出现两相定子绕组开路故障时的磁势(正交和非正交两种情况),采用缺相前后电机定子绕组合成磁势相等的原则,对缺相后剩余相电流的相位和幅值进行调节,在故障后切换到电流滞环控制进行磁势补偿。在MATLAB/Simulink中实现六相PMSM容错补偿控制仿真实验。再次,本文为减小容错控制系统的超调量,提高容错控制系统的动态特性,将滑模变结构控制应用到六相PMSM容错控制系统中。针对滑模抖振问题,引入新型趋近律,设计滑模速度控制器。利用李雅普诺夫函数验证闭环容错控制系统的稳定性。在MATLAB\Simulink中搭建滑模速度控制器数学模型,对滑模速度控制器和PI速度控制器下的六相PMSM容错系统的仿真波形进行对比。最后,搭建基于TMS320F28335的六相PMSM驱动系统,并对电源模块、采样模块、PWM输出模块等主要模块作出相关介绍。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341;TP273
【图文】：

图 2.1 六相 PMSM 的构成Fig. 2.1 Composition of six-phase PMSM况下六相 PMSM 的数学模型，应忽略外部干扰等因素，磁路饱和、涡流、磁滞损耗；场按正弦分布，忽略空间谐波磁场影响；磁体磁势不变；度和频率变化不影响电机内部参数。立时，则有六相 PMSM 于自然坐标系下电压及磁链方程ssssuRip6666 ()666 ssssfs L i F/dt是微分算子，为永磁体磁链与 A 相轴线间的夹角，

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图 2.6 六相 PMSM 控制系统的搭建Fig. 2.6 Construction of six-phase PMSM control system采用双 PI 算法对六相 PMSM 控制系统进行调节，此系统中主要搭建的模块有：速制器、电流控制器、各坐标系间的转换、PWM、IGBT 逆变器和 PMSM 等。坐标变分包括：6s/2 和 2r/6s 两个模块。图 2.7 所示是 2r/6s 坐标变换的具体过程，分为两步，第一步实现 2r/2s 变换，第二进行 2s/6s 变换。把12o o、12z z两子空间电压分量设为 0，将 PI 电流控制器输出U*q和编码器送回的转子位置角作为输入量送入 2r/6s 坐标变换模块，输出量为六相压值。

坐标系,六相,坐标变换,流控制器

图 2.6 六相 PMSM 控制系统的搭建Fig. 2.6 Construction of six-phase PMSM control system双 PI 算法对六相 PMSM 控制系统进行调节，此系统中主要搭建的模电流控制器、各坐标系间的转换、PWM、IGBT 逆变器和 PMSM 等。：6s/2 和 2r/6s 两个模块。7 所示是 2r/6s 坐标变换的具体过程，分为两步，第一步实现 2r/2s 变/6s 变换。把12o o、12z z两子空间电压分量设为 0，将 PI 电流控制器器送回的转子位置角作为输入量送入 2r/6s 坐标变换模块，输出量

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