基于新型趋近律的六相永磁同步电机容错控制研究
发布时间：2021-07-25 19:17
为解决三相电机设备维修复杂与突发情况下的失控问题,多相电机近年来已经成为电机产业的一个重要发展方向。作为核心内容,多相电机的容错控制是保证系统稳定运行的关键因素。本文所研究的六相永磁同步电机容错控制系统,因其电机相数冗余的特点,可以通过容错补偿控制算法,使电机故障时能恢复运行,不会导致突然停机的恶性事件发生,因此非常适用于注重稳定的军事、核电站、航空航天等领域。本文结合六相永磁同步电机容错控制特点,从以下几个方面展开研究:首先,利用MATLAB/Simulink,搭建六相PMSM控制系统。在两相同步旋转坐标系下选用id=0控制,电机控制系统中的双闭环采用PI控制进行调节,对其进行仿真分析。推导六相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换矩阵,将非线性、多变量、磁链交叉耦合的六相PMSM数学模型进行解耦,阐述六相PMSM定子绕组结构特点和工作原理。其次,对缺相后剩余相电流的相位和幅值进行调节以期达到容错补偿效果,前提是保证电机定子绕组缺相前后合成磁势相等。研究六相PMSM出现一相及两相定子绕组开路故障时的磁势（正交和非正交两种情况）,在故障后切换到电流滞环控制并进行磁势补偿。再次,将滑模控制（s...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六相PMSM绕组分布示意图
沈阳工业大学硕士学位论文10系统达到控制良好效果的基石。而通过采用坐标系间的变换，将六相自然坐标系转换至d-q旋转坐标系，可实现降阶、解耦的目的，从而使电机获得更好地控制效果。2.3坐标系间的变换YifanZhao等不同的六维基向量所对应的坐标空间进行了大量的实验分析，最终提出空间矢量解耦理论[30]，以六相永磁同步电机转子磁链f所在轴线为基准，在其同步转速下的d-q旋转坐标系与两相静止坐标系间的逆转换，能达到使六相PMSM转子实时位置角与定子绕组产生的磁链解除耦合关系的目的，也能使其达到微分方程阶数降低的结果。各种变量在两相同步旋转与六相静止坐标系间转换，需要一个间接转换的过程来实现。具体的转换过程为：首先是6s/2s变换即六相至两相静止坐标系间转换，其次是2s/2r变换即两相静止至同步旋转坐标系间转换。通常来讲，可以根据三个方面来判断坐标变换是否可以进行：一是所涉及的变换矩阵是否全部满足单位正交矩阵；二是关于磁链、电压变换阵是否始终可以保证与电流坐标变换阵相同；最重要的是磁势和功率是否在变换前后能保持相等。2.3.16s/2s的变换如图2.2所示是空间坐标系中六相至两相静止变换的示意图。图中两相静止坐标系的轴与六相静止坐标系的A轴保持在同一基准线上，其轴定义为超前轴90°，经上一小节分析可知，由于坐标变换前后磁势相等，则有：FCEBDCEBDAFFFFFFFFFFFF240sin150sin120sin30sin240cos150cos120cos30cos（2.8）式中：F、F分别为为六相坐标系下各相绕组投影于轴的磁势。图2.2坐标系间的变换过程6s/2s变换示意图Fig.2.26s/2stransformationdiagramofthetransformationprocessbetweencoordinatesystems在21zz和21oo子平面上均不涉及机电能量转换，涉及机电能量转换的子平面上
第2章六相PMSM建模与矢量控制11只有α-β。因此，应将4个零序分量4321、、、zzzz引进来。将4321、、、、、zzzz这六个量单位正交化可获得如下单位变换矩阵，具体表达式如下：202020020202231310013132231310013132321443322112/6TsszzzzzzzzC（2.9）其逆变换矩阵为：TssssCC2/66/2（2.10）记TFCEBDAsxxxxxxx6，Tzzzzsxxxxxxx43212，Tzzzzqdrxxxxxxx43212。其中不论是磁链还是电压u亦或是电流i等，均可用x以表示。综上所述，可得六相至两相静止坐标系间的变换公式为：ssssxxC62/62（2.11）ssssxxC26/26（2.12）2.3.22s/2r的变换由于涉及机电能量转换的子平面上只有α-β，则若进行旋转变换只需把投影量在同步旋转坐标系转换，具体的变换示意如图2.3所示。其中q轴超前d轴90°，其旋转方向与永磁体磁链矢量旋转相同。在进行坐标系转换的过程中，要保证及功率不变及合成磁势相等[31]。图2.3坐标系间的变换过程2s/2r变换示意图Fig.2.32s/2rtransformationdiagramofthetransformationprocessbetweencoordinatesystems
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于积分滑模控制的对称六相永磁同步电机调速系统研究[J]. 李永恒,刘陵顺,闫红广. 电机与控制应用. 2018(12)
[2]数控机床专用永磁同步电机分数阶滑模控制[J]. 丘永亮. 机床与液压. 2018(22)
[3]六相永磁同步电机新型指数趋近律滑模控制[J]. 刘胜,郭晓杰,张兰勇. 控制工程. 2018(10)
[4]双Y移30°六相PMSM的滑模变结构控制技术[J]. 马秀娟,郑安琪,张华强,刘陵顺. 电机与控制学报. 2018(10)
[5]非对称六相永磁同步电机的故障容错控制[J]. 刘林阴,李杰. 微特电机. 2018(05)
[6]基于滑模控制的船舶电力推进调速系统仿真[J]. 高键,吴祥瑞. 舰船科学技术. 2018(01)
[7]基于趋近律方法的六相永磁同步电机滑模控制器设计[J]. 黄建,袁雷,冯文瀚. 工业仪表与自动化装置. 2017(06)
[8]H桥式五相永磁同步电机容错控制[J]. 刘靖,李益华,白博. 自动化技术与应用. 2017(11)
[9]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)
[10]六相感应电机直接转矩及容错控制[J]. 耿乙文,鲍宇,王昊,马鸿宇. 中国电机工程学报. 2016(21)
硕士论文
[1]六相永磁同步电机控制器故障诊断[D]. 姜俊.沈阳工业大学 2017
[2]基于快速非奇异终端滑模的直线开关磁阻电机位置控制[D]. 周龙飞.华南理工大学 2017
[3]多电机同步的积分终端滑模控制策略研究[D]. 李立根.湘潭大学 2016
[4]T型三电平双三相永磁同步电机直接转矩控制及容错控制研究[D]. 王学庆.东南大学 2016
[5]自适应滑模控制原理及其应用研究[D]. 胡凯.长沙理工大学 2016
[6]双三相永磁同步电机谐波抑制与容错控制策略研究[D]. 陈伯建.浙江大学 2016
[7]不确定时滞系统的滑模控制研究[D]. 王月英.河北科技大学 2015
[8]基于逆系统的三电平有源电力滤波器电流跟踪控制研究[D]. 何向东.郑州大学 2015
[9]异步电机的直接转矩控制研究[D]. 廖颜沛.西南交通大学 2014
[10]双三相电机矢量控制及容错控制策略研究[D]. 张平.浙江大学 2014
本文编号：3302616
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六相PMSM绕组分布示意图
沈阳工业大学硕士学位论文10系统达到控制良好效果的基石。而通过采用坐标系间的变换，将六相自然坐标系转换至d-q旋转坐标系，可实现降阶、解耦的目的，从而使电机获得更好地控制效果。2.3坐标系间的变换YifanZhao等不同的六维基向量所对应的坐标空间进行了大量的实验分析，最终提出空间矢量解耦理论[30]，以六相永磁同步电机转子磁链f所在轴线为基准，在其同步转速下的d-q旋转坐标系与两相静止坐标系间的逆转换，能达到使六相PMSM转子实时位置角与定子绕组产生的磁链解除耦合关系的目的，也能使其达到微分方程阶数降低的结果。各种变量在两相同步旋转与六相静止坐标系间转换，需要一个间接转换的过程来实现。具体的转换过程为：首先是6s/2s变换即六相至两相静止坐标系间转换，其次是2s/2r变换即两相静止至同步旋转坐标系间转换。通常来讲，可以根据三个方面来判断坐标变换是否可以进行：一是所涉及的变换矩阵是否全部满足单位正交矩阵；二是关于磁链、电压变换阵是否始终可以保证与电流坐标变换阵相同；最重要的是磁势和功率是否在变换前后能保持相等。2.3.16s/2s的变换如图2.2所示是空间坐标系中六相至两相静止变换的示意图。图中两相静止坐标系的轴与六相静止坐标系的A轴保持在同一基准线上，其轴定义为超前轴90°，经上一小节分析可知，由于坐标变换前后磁势相等，则有：FCEBDCEBDAFFFFFFFFFFFF240sin150sin120sin30sin240cos150cos120cos30cos（2.8）式中：F、F分别为为六相坐标系下各相绕组投影于轴的磁势。图2.2坐标系间的变换过程6s/2s变换示意图Fig.2.26s/2stransformationdiagramofthetransformationprocessbetweencoordinatesystems在21zz和21oo子平面上均不涉及机电能量转换，涉及机电能量转换的子平面上
第2章六相PMSM建模与矢量控制11只有α-β。因此，应将4个零序分量4321、、、zzzz引进来。将4321、、、、、zzzz这六个量单位正交化可获得如下单位变换矩阵，具体表达式如下：202020020202231310013132231310013132321443322112/6TsszzzzzzzzC（2.9）其逆变换矩阵为：TssssCC2/66/2（2.10）记TFCEBDAsxxxxxxx6，Tzzzzsxxxxxxx43212，Tzzzzqdrxxxxxxx43212。其中不论是磁链还是电压u亦或是电流i等，均可用x以表示。综上所述，可得六相至两相静止坐标系间的变换公式为：ssssxxC62/62（2.11）ssssxxC26/26（2.12）2.3.22s/2r的变换由于涉及机电能量转换的子平面上只有α-β，则若进行旋转变换只需把投影量在同步旋转坐标系转换，具体的变换示意如图2.3所示。其中q轴超前d轴90°，其旋转方向与永磁体磁链矢量旋转相同。在进行坐标系转换的过程中，要保证及功率不变及合成磁势相等[31]。图2.3坐标系间的变换过程2s/2r变换示意图Fig.2.32s/2rtransformationdiagramofthetransformationprocessbetweencoordinatesystems
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于积分滑模控制的对称六相永磁同步电机调速系统研究[J]. 李永恒,刘陵顺,闫红广. 电机与控制应用. 2018(12)
[2]数控机床专用永磁同步电机分数阶滑模控制[J]. 丘永亮. 机床与液压. 2018(22)
[3]六相永磁同步电机新型指数趋近律滑模控制[J]. 刘胜,郭晓杰,张兰勇. 控制工程. 2018(10)
[4]双Y移30°六相PMSM的滑模变结构控制技术[J]. 马秀娟,郑安琪,张华强,刘陵顺. 电机与控制学报. 2018(10)
[5]非对称六相永磁同步电机的故障容错控制[J]. 刘林阴,李杰. 微特电机. 2018(05)
[6]基于滑模控制的船舶电力推进调速系统仿真[J]. 高键,吴祥瑞. 舰船科学技术. 2018(01)
[7]基于趋近律方法的六相永磁同步电机滑模控制器设计[J]. 黄建,袁雷,冯文瀚. 工业仪表与自动化装置. 2017(06)
[8]H桥式五相永磁同步电机容错控制[J]. 刘靖,李益华,白博. 自动化技术与应用. 2017(11)
[9]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)
[10]六相感应电机直接转矩及容错控制[J]. 耿乙文,鲍宇,王昊,马鸿宇. 中国电机工程学报. 2016(21)
硕士论文
[1]六相永磁同步电机控制器故障诊断[D]. 姜俊.沈阳工业大学 2017
[2]基于快速非奇异终端滑模的直线开关磁阻电机位置控制[D]. 周龙飞.华南理工大学 2017
[3]多电机同步的积分终端滑模控制策略研究[D]. 李立根.湘潭大学 2016
[4]T型三电平双三相永磁同步电机直接转矩控制及容错控制研究[D]. 王学庆.东南大学 2016
[5]自适应滑模控制原理及其应用研究[D]. 胡凯.长沙理工大学 2016
[6]双三相永磁同步电机谐波抑制与容错控制策略研究[D]. 陈伯建.浙江大学 2016
[7]不确定时滞系统的滑模控制研究[D]. 王月英.河北科技大学 2015
[8]基于逆系统的三电平有源电力滤波器电流跟踪控制研究[D]. 何向东.郑州大学 2015
[9]异步电机的直接转矩控制研究[D]. 廖颜沛.西南交通大学 2014
[10]双三相电机矢量控制及容错控制策略研究[D]. 张平.浙江大学 2014
本文编号：3302616
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