五相双转子永磁同步电机的矢量控制与容错运行

发布时间：2017-07-18 11:08

  本文关键词：五相双转子永磁同步电机的矢量控制与容错运行

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【摘要】：近年来,由于环境治理和节能减排的需要,电动汽车引起了广泛的关注。作为电动汽车的能源转换的关键组成部件,驱动电机的研究也进入了研究热潮。电动汽车对车用电动机的特性需求为:转矩密度尽量高,可以有效减小在车身中的占有体积;调速性能好;稳态转速平稳;可靠性高,允许出现故障后的电机能以一定的转矩输出能力持续工作一段时间。结合了多相技术和高功率密度双转子技术的五相双转子永磁同步电机(Dual-rotor Permanent Magnet Synchronous Motor,DRPMSM)满足车载电机上述的一切要求,本文将针对此类电机研究高性能的控制策略和故障后的容错运行控制策略。首先,针对双转子电机由内电机和外电机组成的结构特性,结合电机的两种驱动方式:串联驱动和并联驱动,并在考虑两套绕组之间互感矩阵的条件下,分别建立了两种不同驱动方式下电机在自然坐标系和旋转坐标系下的数学模型。为电机实现矢量控制和内外电机的解耦控制提供了理论基础。其次本文探讨了电机正常运行时的高性能控制策略。重点研究了电机的空间矢量控制策略,把已有的三相电机的空间矢量控制策略(SVPWM)推广至五相DRPMSM中,阐述了两种不同的五相SVPWM(相邻两大矢量合成方式和相邻四矢量的合成方式)实现方式,并进行了性能方面的比较。最后在本文的实验验证了相邻四矢量的实现方式,虽然此种实现方式母线电压利用率有所降低,但可以有效的减少输出谐波,限制三次谐波电流。再次,本文分析了电机在串联和并联两种不同的驱动方式下的容错控制策略。由于本电机工作时外电机单元中含有大量的三次谐波成分,因此在本电机中注入含有特定含量的三次谐波的电流以提高电机的平均电磁转矩,降低转矩波动。任意一侧电机的一相或者两相故障类型都在本文中进行了研究。本文亦探究了一侧电机故障时对另一侧电机转矩特性的影响。有限元分析结果验证了此方法求出的容错电流的有效性。最后,本文设计了五相DRPMSM的联合仿真模型和控制驱动系统。首先,搭建了以FPGA为控制核心,以逆变器为主电路的实验平台。利用此实验平台在电机上实现了电机的最近四矢量空间矢量的控制,验证了内外电机的解耦性和矢量控制策略的有效性。其次,基于Simulink-simplorer-Maxwell,设计了电机联合仿真模型,并在此联合仿真模型的基础上对本文提出的容错控制策略进行了仿真验证。
【关键词】：五相 双转子 串联驱动 并联驱动 矢量控制 容错运行 三次谐波
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 本课题的研究背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状综述12-19
• 1.2.1 多相电机驱动系统研究现状分析12-14
• 1.2.2 双转子电机的研究现状分析14-16
• 1.2.3 多相电机容错控制策略研究现状分析16-19
• 1.3 本文主要工作19-21
• 第2章 五相双转子永磁同步电机的数学模型21-38
• 2.1 五相双转子永磁同步电机工作原理及工作方式21-22
• 2.2 推广的五相Park变换矩阵22-24
• 2.3 串联驱动模式下五相DRPMSM的数学模型24-32
• 2.3.1 串联驱动自然坐标系下的方程25-30
• 2.3.2 串联驱动同步旋转坐标系下的方程30-32
• 2.4 并联驱动模式下五相DRPMSM的数学模型32-36
• 2.4.1 并联驱动自然坐标系下的方程32-34
• 2.4.2 并联驱动在旋转坐标系下的数学模型34-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第3章 五相双转子永磁同步电机的控制策略研究38-49
• 3.1 五相DRPMSM的串联驱动控制策略38-46
• 3.1.1 五相DRPMSM的空间矢量控制方法39-45
• 3.1.2 五相DRPMSM的滞环控制方法45-46
• 3.2 五相DRPMSM的并联驱动控制策略46-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第4章 五相双转子永磁同步电机开路故障容错分析49-73
• 4.1 多相电机容错控制基础49-51
• 4.2 串联驱动模式开路容错运行51-59
• 4.2.1 一相开路容错控制51-55
• 4.2.2 不相邻两相开路时的容错控制55-56
• 4.2.3 相邻两相开路时的容错控制56-59
• 4.3 并联驱动模式开路容错运行59-72
• 4.3.1 一相开路故障容错控制59-64
• 4.3.2 一侧电机正常运行，另一侧电机两相开路的故障容错控制64-68
• 4.3.3 一侧电机一相开路，，另一侧电机两相开路的故障容错控制68-70
• 4.3.4 内外电机同时两相开路故障容错控制70-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第5章 实验和仿真验证73-91
• 5.1 系统实验平台搭建73-83
• 5.1.1 驱动电路设计73-75
• 5.1.2 控制器设计75-83
• 5.2 五相DRPMSM最近四矢量SVPWM控制实验83-85
• 5.3 容错策略的联合仿真验证85-90
• 5.4 本章小结90-91
• 结论与展望91-93
• 参考文献93-99
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单99-100
• 致谢100

【参考文献】

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本文编号：557388