基于三次谐波注入的五相永磁同步电机控制策略研究

发布时间：2017-08-19 00:09

  本文关键词：基于三次谐波注入的五相永磁同步电机控制策略研究

  更多相关文章： 五相永磁同步电机 三次谐波注入 脉宽调制 容错控制

【摘要】：为缓解日益严峻的环境污染和能源枯竭问题,电动汽车因其绿色环保的特点应运而生并受到了广泛关注,永磁同步电机作为电动汽车的核心部件,人们对其安全可靠性要求愈发严格,要求其具有足够的容错能力在故障发生后仍能无扰运行。多相电机相比于传统的三相电机容错能力大大提高,并具有高功率密度和低转矩波动,更高的转速范围和过载能力等优良性能,因此本文着眼于五相永磁同步电机,对其控制系统进行深入研究。首先,对电机正常运行时的控制策略进行研究。推导出同步旋转坐标系的数学模型,并以此为基础根据空载气隙磁场是否正弦,提出了单空间和双空间两种矢量控制策略,在Simulink中搭建五相电机控制系统的仿真模型验证控制策略的可行性。通过三次谐波注入的方法提高电机的输出转矩,并在电流有效值约束、幅值约束和转矩损耗比约束三种情况下设计三次谐波电流的最佳注入率,在有限元软件中对三种注入率下电机的电磁转矩和损耗进行对比分析。其次,研究用于五相半桥逆变器的脉宽调制算法。和三相电机SVPWM方法进行类比,推导相邻四矢量脉宽调制方法(NFV-SVPWM)的实现过程并提出一种与之等效的注入零序分量的基于载波脉宽调制方法(ZI-CPWM),同时将ZICPWM进行拓展使之应用于三次谐波注入的双空间矢量控制中,在Simulink中对两种PWM方法进行仿真验证。然后,研究五相电机一相开路故障下的容错控制策略。基于五相电机一相开路状态下的解耦矩阵和数学模型,在铜损最小和电流幅值相等两种约束条件下对零序分量进行优化设计,建立开路故障下的解耦矢量控制模型;在考虑空载气隙磁场非正弦的情况下,推导三次谐波空间的数学模型,运用注入三次谐波电流的方法消除二、四次转矩脉动,同时根据不同的约束条件实现铜损最小和电流幅值相等的控制,最后利用有限元仿真对提出的四种容错策略进行对比。最后,对控制系统进行硬件设计,其中包括了功率驱动单元和以DSP芯片TMS320F28335为核心的控制单元,同时进行软件设计和程序编写。搭建实验平台对本文所提出的PWM方法,矢量控制策略及容错控制策略进行实验,以此验证提出的控制方法正确性和可行性。
【关键词】：五相永磁同步电机 三次谐波注入 脉宽调制 容错控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状综述10-18
• 1.2.1 国外研究现状10-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.2.3 研究现状分析17-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 第2章 五相永磁同步电机矢量控制及最佳三次谐波电流注入率的确定19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 五相永磁同步电机的数学模型19-22
• 2.3 五相永磁同步电机矢量控制策略22-26
• 2.3.1 单空间矢量控制策略22-24
• 2.3.2 双空间矢量控制策略24-26
• 2.4 最佳三次谐波电流注入率的确定26-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 五相半桥脉宽调制算法的研究31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 相邻四矢量SVPWM算法31-36
• 3.3 注入零序分量的CPWM算法36-40
• 3.3.1 单空间ZI-CPWM算法36-39
• 3.3.2 双空间ZI-CPWM算法39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 五相永磁同步电机的容错控制策略研究41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 缺相故障下正弦波五相永磁同步电机的容错控制策略41-47
• 4.2.1 基波同步旋转坐标系下的数学模型41-44
• 4.2.2 基于铜损最小原则的容错策略M144-46
• 4.2.3 基于电流幅值相等原则的容错策略M246-47
• 4.3 注入三次谐波电流的容错控制策略47-50
• 4.3.1 三次谐波电流注入率的选取47-49
• 4.3.2 三次谐波电流注入时的铜损最小原则M349
• 4.3.3 三次谐波电流注入时的电流幅值相等原则M449-50
• 4.4 有限元仿真分析50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 五相永磁同步电机控制系统实验分析54-66
• 5.1 引言54
• 5.2 五相永磁同步电机控制器硬件结构54-58
• 5.2.1 驱动单元55-57
• 5.2.2 控制单元57-58
• 5.3 五相永磁同步电机控制系统软件设计58-59
• 5.4 实验结果及分析59-64
• 5.5 本章小结64-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表的学术论文72-74
• 致谢74

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本文编号：697537