开绕组少稀土永磁电机驱动系统及容错控制策略研究

发布时间：2020-10-20 04:16

　　 电动汽车以零排放、高效率等优点受到高度重视,目前已经得到大规模推广。作为电动汽车核心部件的电机及其驱动控制系统,其技术水平直接决定着整车的性能。永磁电机具有体积小、功率密度高等优点,成为电动汽车驱动的主流电机种类之一。可见,实现永磁电机高功率密度、高效率、高可靠性运行,对于促进电动汽车快速发展具有重要意义。本文针对一类新型少稀土永磁电机,结合电动汽车潜在应用领域高效率、高功率密度、容错运行能力以及高可靠性等内在要求,构建了新型开绕组少稀土永磁电机驱动系统,建立了系统的数学模型,提出了针对该类电机开绕组系统零序电流抑制策略。针对永磁电机驱动系统位置传感器失效、逆变器故障等,先后提出了无位置传感器控制策略、逆变器故障容错控制策略,并进行了理论分析、仿真和实验验证。主要研究内容如下:1、以少稀土永磁电机为研究对象,构建了单直流电源供电的开绕组驱动系统。传统的调制方式会导致相电压中存在零序电压,而少稀土永磁电机所采用的两种永磁体混合结构又会导致反电势中存在零序分量,驱动电压中的零序电压和反电势中的零序分量均会产生绕组零序电流。针对驱动系统存在零序电流的问题,本文首先采用了基于120°解耦调制策略,从而抑制相电压中的零序电压;而后提出一种基于比例+二阶广义积分器(proportional and second order generalized integrator,P+SOGI)的零序电流调节器,解决了系统中存在零序电流的问题。所提出的控制策略,在车载电源电压受限下不仅有效提高了该类驱动系统直流母线电压利用率,还为逆变器故障下采用相应的容错控制策略奠定了基础。2、为提高系统的可靠性,本文研究了共直流母线双逆变器驱动电机系统的无位置传感器控制。无位置传感器控制中位置信号是通过反电势解算得到的,由于逆变器死区效应、电机结构等影响,反电势观测值中存在谐波,解算得到的位置信号中存在谐波误差。当反电势中只存在某一特定次谐波时,传统的抑制谐波思路是个不错的解决方案,但当反电势中存在多次谐波时,传统的方法存在算法过于复杂的问题。针对这一问题,本文提出了基于同步频率旋转低通滤波器(synchronous rotating low pass filter,SRLPF)改进的滑模观测器,利用SRLPF直接提取反电势基波,从而可以避免需要抑制多次反电势谐波的问题,简化了控制算法。实验结果表明该方法能够有效提高观测精度。3、针对反电势观测值谐波影响,在提高观测精度的同时,为了改善系统动态性能,进一步提出了通过双二阶广义积分器(dual second order generalized integrator,DSOGI)改进的扩张状态观测器观测反电势。首先针对滑模观测器中采用低通滤波器消除固有抖振,影响系统动态性能的问题,基于自抗扰理论中的扩张状态观测器原理进行反电势观测,然后采用DSOGI提取反电势基波,用于转子位置信息解算。从而实现了在提高观测精度的同时,保持系统良好的动态性能。4、为了进一步提高驱动系统可靠性,充分利用共直流母线双逆变器驱动的开绕组电机开关管冗余,实现开关管开路故障的容错控制。传统的开路故障容错控制常采用增加冗余桥臂或舍弃故障相的方法,存在容错后系统驱动能力下降的问题。针对这一问题,本文提出了充分利用冗余桥臂的桥臂共用容错控制策略。当一个桥臂发生逆变器开关器件开路故障时,通过将故障桥臂对应的绕组端子连接点改接到与这个桥臂开关状态相同的正常运行桥臂,从而在不增加冗余桥臂、不舍弃故障相的情况下实现逆变器故障容错控制。本文提出的方法不仅可以提高容错后系统的输出能力,还能实现任意两个桥臂同时故障的容错控制,大大提高了系统的可靠性。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM351
【部分图文】：

稀土永磁电机驱动系统及容错控制策略研究下电机的转矩输出能力能达到与采用稀土材料时相近的电励磁和永磁材料励磁的组合，还有一种是同时使用两[31]-[35]。混合励磁电机中的电励磁磁场可以根据电机转气隙磁场，在电机低速时增强磁场高速时减弱磁场，从并拓宽电机调速范围，然而增加一套励磁绕组不仅电机。组合励磁电机中采用两种不同的永磁材料，在减少使时，如何获得几乎同等的转矩输出能力和功率密度是当决的问题。用非稀土永磁材料铁氧体和稀土永磁材料钕铁硼的新，电机拓扑结构如图 1.2 所示。
【参考文献】

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本文编号：2848194