双三相永磁同步电机容错控制策略研究

发布时间：2020-04-20 04:02

【摘要】：伴随着交流变频调速系统大功率、高可靠性化的进程,双三相永磁同步电机逐渐崭露头角。高效率、低损耗、高功率密度,较低的磁动势谐波、平滑的转矩波动以及较强的容错运行能力等优点,使得其在舰船推进、全电飞机、新能源发电等场合得到了广泛的运用。以双三相电机为代表的多相电机是交流变频调速系统电机未来的主要发展方向之一。本文围绕双三相永磁同步电机,对其数学模型、谐波电流控制以及定子电枢绕组开路故障后的容错控制策略等主要问题进行了分析研究。电机的数学模型是电机驱动控制系统的关键,本文对六相静止坐标系下双三相永磁同步电机数学方程分别采用双d-q理论以及矢量空间解耦理论进行旋转变换,得到了两种坐标系下的数学模型,并建立了相应的等效电路来分析变换后电机模型变量间的耦合关系。针对双三相永磁同步电机谐波电流平面解耦的特点,本文建立了采用改进型比例谐振控制器的矢量控制方案,通过比例谐振控制器谐振点处高增益的特点来抑制谐波子平面的电流,同时省去旋转坐标变换,在两相静止坐标系下直接实现了对双三相电机的控制,节省了控制器资源。本文分析了双三相永磁同步电机定子绕组开路故障后,基于电流滞环控制的容错控制方案,根据电机输出功率恒定、旋转磁动势不变两个原则,选取定子总铜耗最小和相铜耗最大值最小两个指标来优化求解开路故障后电机剩余相电流的表达式,建立了采用电流滞环控制技术的容错控制系统,同时仿真分析了该容错控制系统的电流以及转矩响应。本文分析了双三相永磁同步电机定子绕组开路故障后保持剩余相电流不变时电机的磁动势及输出转矩。同时基于矢量空间解耦变换的思想对W相绕组开路故障后的双三相永磁同步电机进行建模,分析了缺相故障电机在正常矢量控制下的性能,并基于缺相后电机的数学模型,分析了采用二次变换的容错控制策略,消除了缺相后电机产生的二次转矩波动。最后本文搭建了双三相永磁同步电机驱动控制实验平台,并对相关理论进行了实验研究与验证。
【图文】：

波特图,广义积分,波特图,环节

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文，因此，其比较容易实现并且可靠性也较高，但是在对进行抑制时，，需要进行复杂的滤波处理和坐标变换，同号的无静差追踪。由于比例谐振（PR）控制器能够在静信号的无静差追踪、不需要进行坐标变换，不存在耦合也易于实现对低次谐波抑制，因此更具有优势。振（PR）控制器由比例环节与广义积分环节两部分组成，传递函数如下PR P I2 202= +sG K Ks IK 分别为比例部分以及积分部分的时间常数；0 为谐振谐振角频率处具有较大的增益，选取IK =200,0 =62.8r节波特图如下所示：

可以看出c 的变化并不影响谐振点处的峰值增益，随着波动逐渐增大，选频特性变好但同时会影响控制系统的稳相 PMSM 低次谐波电流抑制策略分析可知，双三相 PMSM 的 5 次、7 次谐波电流被映射到1 2z -z 平面采用 PI 电流调节器时，无法完全抑制住谐波电流电枢绕组电流畸变，带来不必要的铜耗和噪声。因此可以考R 电流调节器。相 PMSM 正常运行时，两套定子绕组采用星形接法，并且可以抑制电枢电流中的 3k k 0,1,2 次谐波成分，此时量为零。而双三相 PMSM 发生某一相或某两相绕组断路故中性点相接可以充分利用多相电机高冗余度的特点，但是电流成分可以流通，导致相电流产生较大的畸变，增加定要考虑对零序电流进行控制，利用 PR 控制器可以实现对波成分的抑制。进型 PR 控制器并联时，可以对指定次数的谐波进行抑制
【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】：2018
【分类号】：TM341

【参考文献】