六相永磁同步电机驱动及缺相容错控制研究
发布时间：2021-07-09 10:52
多相永磁同步电机既拥有永磁同步电机功率因素高等特点,又具备多相电机转矩脉动小、可靠性高等优势,在低压大功率、高可靠性的交流传动领域应用广泛。本文以双Y移30°六相永磁同步电机作为研究对象,对其数学模型、SVPWM调制、两相开路后的容错控制、模型预测容错控制等进行深入研究。首先研究了六相PMSM定子绕组的两种结构,并给出双Y移30°电机能消除低次谐波磁动势的原理,详细分析六相PMSM常用的双qd-建模方法和矢量空间解耦建模方法之间存在的关系,给出采用两种建模方法搭建的数学模型,并搭建了MATLAB仿真模型。其次,介绍了基于VSD坐标变换方法的传统两矢量SVPWM算法和四矢量SVPWM算法的原理及实现方法,两矢量SVPWM和四矢量SVPWM分别具有电压调制比高和有效抑制谐波电流等特点。为了使谐波平面上的电流进一步削减到零,提出了一种基于中间电压矢量的四矢量SVPWM算法。仿真结果表明该算法在实现电机稳定运行的同时进一步地降低了谐波电流。再次,分析了六相PMSM一相绕组开路后的矢量控制,并在此基础上研究了两相开路后的矢量控制。根据缺相前后总合成磁动势不变的原则,分别以定子铜耗最小、最小相电流...
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多相电机的矢量控制原理图
shi和Noguchi在1986年为感应电机所开发的。1997年，Zhong和Rahman首次提出了PMSM直接转矩控制的研究。直接转矩控制的基本原理是根据转矩和磁链的给定值与反馈值之差来选择定子电压矢量。与磁场定向控制(FOC)相比，直接转矩控制不使用任何电流控制器，除定子电阻外不使用电机参数，具有依赖性孝植入简单、动态转矩响应快等优点。传统三相电机直接转矩控制方式可以直接将其扩展至六相电机中，由于子空间上的分量与电机的能量转换有关，对其进行闭环控制，建立六相电机的最优开关表，从而实现电机的直接转矩控制，其控制原理如图1-2所示。图1-2基于开关表的直接转矩控制图Fig.1-2Schematicdiagramofdirecttorquecontrolbasedonswitchtable虽然21zz谐波子空间上的分量与电机能量转换无关，但如果不对其进行有效的控制会增加系统的额外损耗，定子电流中也会存在较大的谐波分量。文献[24]分析了各变换器输出电压矢量的定子磁链和转矩的瞬时变化率，发现转矩响应时稳态误差较大，并提出了一种在线带偏移的转矩调节器，在降低转矩响应和稳态误差的同时降低了转矩脉动和平均换向频率。文献[25]针对多相电机直接转矩控制采用开关表滞环时存在电流谐波大的问题，提出了一种的DTC-SVM控制方法，
上海电机学院硕士学位论文-6-虽然电流波形和转矩特性得到了有效的改善，但控制的方法较为复杂，与传统直接转矩控制实现简单的优点相冲突，其控制原理如图1-3所示。文献[26]提出了基于重构电压矢量和模糊逻辑的开关表，在不增加计算量和复杂性的同时减小了谐波电流。图1-3基于DTCSVM的直接转矩控制原理图Fig.1-3SchematicdiagramofdirecttorquecontrolbasedonDTCSVM1.3.4六相电机的容错控制当相绕组或逆变器支路发生开路故障时，多相电机的多自由度和容错特性能够带来有效的控制策略，增加了驱动系统的可靠性，对某些重要领域的应用具有很大的价值。近年来，众多学者对电机故障后的控制方法进行了研究，常用的几种容错控制策略如下所示。文献[27]通过对剩余的未故障相电流进行滞环电流控制，弥补电机因缺相引起的相位损失并产生所需的输出转矩，但滞环控制存在输出电流波形脉动差、动态性能不稳定等缺点。文献[28]将模糊控制和滑模控制运用到电机控制中，以获得六相感应电机的转子在故障状态下的高精度定位。文献[29]采用相同的解耦变换对六相感应电机故障后的控制进行研究，研究表明电机故障仅影响相电流分量之间的相互关系，因此基于正常解耦变换的方法仍可用于故障后控制，只需对电流基值进行微小修改。文献[32]提出了基于模型预测电流控制的多相感应电机容错控制，单个采样周期内逆变器只发一个的电压矢量。文献[33]在五相感应电机上对基于PI谐振和预测控制的两种控制方案进行了比较。实验表明两种控制方法具有几乎相同的性能，预测控制在低速运行时提供的控制响应更快，但电流的脉动较大。文献[35]提出了一种新型分离绕组结构的六相双定子轴向磁通永磁电机故障后容错控制。在过去的研究中，这种结构被证实优于现有的绕组连接，但电机在?
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机新型三矢量模型预测电流控制[J]. 兰志勇,王波,徐琛,李理. 中国电机工程学报. 2018(S1)
[2]基于占空比优化的永磁同步电机双矢量FCS-MPC[J]. 嵇越,薛雅丽,万勇. 机械制造与自动化. 2017(06)
[3]永磁同步电动机双优化三矢量模型预测电流控制[J]. 徐艳平,王极兵,周钦,张保程. 中国电机工程学报. 2018(06)
[4]永磁同步电机双矢量模型预测电流控制[J]. 徐艳平,张保程,周钦. 电工技术学报. 2017(20)
[5]双Y移30°六相永磁同步电机容错控制研究[J]. 吴迪,李岩,李运. 微电机. 2017(02)
[6]基于正常解耦变换的双三相永磁同步电机缺相容错控制策略[J]. 周长攀,杨贵杰,苏健勇,孙国栋. 电工技术学报. 2017(03)
[7]五相永磁同步电机缺相运行的建模与控制[J]. 高宏伟,杨贵杰. 电工技术学报. 2016(20)
[8]双绕组永磁容错电机不同故障容错控制策略的比较研究[J]. 白洪芬,朱景伟,孙军浩,周博文,李小庆. 电工技术学报. 2016(13)
[9]高性能电机系统的共性基础科学问题与技术发展前沿[J]. 马伟明,王东,程思为,陈俊全. 中国电机工程学报. 2016(08)
[10]双三相永磁同步电机全调制比范围空间矢量脉宽调制[J]. 周长攀,苏健勇,杨贵杰. 电工技术学报. 2015(10)
博士论文
[1]多相永磁同步电机驱动技术研究[D]. 薛山.中国科学院研究生院（电工研究所） 2006
硕士论文
[1]双三相永磁同步电机直接转矩控制的研究[D]. 王铭.湖南大学 2010
本文编号：3273611
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多相电机的矢量控制原理图
shi和Noguchi在1986年为感应电机所开发的。1997年，Zhong和Rahman首次提出了PMSM直接转矩控制的研究。直接转矩控制的基本原理是根据转矩和磁链的给定值与反馈值之差来选择定子电压矢量。与磁场定向控制(FOC)相比，直接转矩控制不使用任何电流控制器，除定子电阻外不使用电机参数，具有依赖性孝植入简单、动态转矩响应快等优点。传统三相电机直接转矩控制方式可以直接将其扩展至六相电机中，由于子空间上的分量与电机的能量转换有关，对其进行闭环控制，建立六相电机的最优开关表，从而实现电机的直接转矩控制，其控制原理如图1-2所示。图1-2基于开关表的直接转矩控制图Fig.1-2Schematicdiagramofdirecttorquecontrolbasedonswitchtable虽然21zz谐波子空间上的分量与电机能量转换无关，但如果不对其进行有效的控制会增加系统的额外损耗，定子电流中也会存在较大的谐波分量。文献[24]分析了各变换器输出电压矢量的定子磁链和转矩的瞬时变化率，发现转矩响应时稳态误差较大，并提出了一种在线带偏移的转矩调节器，在降低转矩响应和稳态误差的同时降低了转矩脉动和平均换向频率。文献[25]针对多相电机直接转矩控制采用开关表滞环时存在电流谐波大的问题，提出了一种的DTC-SVM控制方法，
上海电机学院硕士学位论文-6-虽然电流波形和转矩特性得到了有效的改善，但控制的方法较为复杂，与传统直接转矩控制实现简单的优点相冲突，其控制原理如图1-3所示。文献[26]提出了基于重构电压矢量和模糊逻辑的开关表，在不增加计算量和复杂性的同时减小了谐波电流。图1-3基于DTCSVM的直接转矩控制原理图Fig.1-3SchematicdiagramofdirecttorquecontrolbasedonDTCSVM1.3.4六相电机的容错控制当相绕组或逆变器支路发生开路故障时，多相电机的多自由度和容错特性能够带来有效的控制策略，增加了驱动系统的可靠性，对某些重要领域的应用具有很大的价值。近年来，众多学者对电机故障后的控制方法进行了研究，常用的几种容错控制策略如下所示。文献[27]通过对剩余的未故障相电流进行滞环电流控制，弥补电机因缺相引起的相位损失并产生所需的输出转矩，但滞环控制存在输出电流波形脉动差、动态性能不稳定等缺点。文献[28]将模糊控制和滑模控制运用到电机控制中，以获得六相感应电机的转子在故障状态下的高精度定位。文献[29]采用相同的解耦变换对六相感应电机故障后的控制进行研究，研究表明电机故障仅影响相电流分量之间的相互关系，因此基于正常解耦变换的方法仍可用于故障后控制，只需对电流基值进行微小修改。文献[32]提出了基于模型预测电流控制的多相感应电机容错控制，单个采样周期内逆变器只发一个的电压矢量。文献[33]在五相感应电机上对基于PI谐振和预测控制的两种控制方案进行了比较。实验表明两种控制方法具有几乎相同的性能，预测控制在低速运行时提供的控制响应更快，但电流的脉动较大。文献[35]提出了一种新型分离绕组结构的六相双定子轴向磁通永磁电机故障后容错控制。在过去的研究中，这种结构被证实优于现有的绕组连接，但电机在?
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机新型三矢量模型预测电流控制[J]. 兰志勇,王波,徐琛,李理. 中国电机工程学报. 2018(S1)
[2]基于占空比优化的永磁同步电机双矢量FCS-MPC[J]. 嵇越,薛雅丽,万勇. 机械制造与自动化. 2017(06)
[3]永磁同步电动机双优化三矢量模型预测电流控制[J]. 徐艳平,王极兵,周钦,张保程. 中国电机工程学报. 2018(06)
[4]永磁同步电机双矢量模型预测电流控制[J]. 徐艳平,张保程,周钦. 电工技术学报. 2017(20)
[5]双Y移30°六相永磁同步电机容错控制研究[J]. 吴迪,李岩,李运. 微电机. 2017(02)
[6]基于正常解耦变换的双三相永磁同步电机缺相容错控制策略[J]. 周长攀,杨贵杰,苏健勇,孙国栋. 电工技术学报. 2017(03)
[7]五相永磁同步电机缺相运行的建模与控制[J]. 高宏伟,杨贵杰. 电工技术学报. 2016(20)
[8]双绕组永磁容错电机不同故障容错控制策略的比较研究[J]. 白洪芬,朱景伟,孙军浩,周博文,李小庆. 电工技术学报. 2016(13)
[9]高性能电机系统的共性基础科学问题与技术发展前沿[J]. 马伟明,王东,程思为,陈俊全. 中国电机工程学报. 2016(08)
[10]双三相永磁同步电机全调制比范围空间矢量脉宽调制[J]. 周长攀,苏健勇,杨贵杰. 电工技术学报. 2015(10)
博士论文
[1]多相永磁同步电机驱动技术研究[D]. 薛山.中国科学院研究生院（电工研究所） 2006
硕士论文
[1]双三相永磁同步电机直接转矩控制的研究[D]. 王铭.湖南大学 2010
本文编号：3273611
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