永磁同步电机舵机系统容错控制

发布时间：2017-08-31 08:46

  本文关键词：永磁同步电机舵机系统容错控制

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【摘要】：舵机系统是民航飞机的核心系统之一。本文研究的对象为电动舵机。电机作为整个电动舵机系统的控制部件,其安全性直接关系到舵机系统的整体工作特性。本文研究的重点是提高电机控制系统的容错性能,使其在某个故障状态下仍能满足一定的工作特性并输出较为平滑的转矩。近几年,永磁同步电机被广泛地应用于舵机系统中,文章选取其作为研究对象。当电机发生故障时,由于磁场不对称造成了原有的d-q模型不再适用于故障电机的分析。本文提出了一种基于三相不解耦永磁同步电机模型的容错系统控制方案,通过对三相不解耦电机模型的进一步改良,利用抽取中性线的方式极大地增强了三相永磁同步电机的容错性能。同时本文考虑了永磁同步电机d-q轴之间存在交叉磁耦合效应,利用Ansoft有限元软件对给定电机进行了电磁分析,提取了交叉饱和电感曲线和非线性的d-q轴电感参数。在此参数基础上,根据a-b-c轴到d-q轴的转化矩阵提取的电机a-b-c三轴的自感参数和互感参数。在Matlab仿真平台下建立了非线性的电机模型并进行了仿真实验。通过对不解耦非线性故障电机模型的分析,给出相应的容错控制算法使其在断相故障等应急状态下仍具备一定的工作特性以保证舵机系统的工作特性。
【关键词】：永磁同步电机 不解耦模型 中性线 容错控制
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 永磁同步电机概述9-11
• 1.3 电动舵机系统概述11-14
• 1.3.1 舵机的功能及其分类11-12
• 1.3.2 电动舵机的工作原理12-14
• 1.4 本课题研究的背景和意义14-15
• 1.5 本文研究的主要内容15
• 1.6 小结15-16
• 第二章 不解耦故障电机模型的建立16-32
• 2.1 引言16
• 2.2 传统电机模型概述16-19
• 2.2.1 永磁同步电机在d-q坐标下的数学模型16-18
• 2.2.2 电机d-q模型在故障状态下的局限性18-19
• 2.3 带有中性线的不解耦电机线性模型的建立19-24
• 2.3.1 永磁同步电机在a-b-c坐标下的数学模型19-20
• 2.3.2 不解耦电机线性模型的建立20-22
• 2.3.3 新型电机模型的仿真验证22-23
• 2.3.4 抽取中性线的方法23-24
• 2.4 不解耦电机模型磁饱和效应的电感参数的提取24-29
• 2.4.1 考虑不对称交叉磁饱和效应的电机数学模型24-26
• 2.4.2 交叉不对称磁饱和效应的电感参数的提取方法26-27
• 2.4.3 不解耦电机磁饱和参数的提取27-29
• 2.5 故障电机非线性模型的建立29-31
• 2.5.1 故障电机非线性模型的搭建29-30
• 2.5.2 故障电机非线性模型的验证实验30-31
• 2.6 小结31-32
• 第三章 容错控制系统的设计32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 三相四线制新拓扑结构的设计32-35
• 3.2.1 传统的逆变器容错拓扑方案33-35
• 3.2.2 新型三相四线制拓扑结构35
• 3.3 电机控制系统状态监测与故障诊断35-38
• 3.3.1 逆变器常见故障类型35-36
• 3.3.2 针对开路故障的诊断方法36-38
• 3.4 优化电流算法38-42
• 3.4.1 磁动势的平衡38-39
• 3.4.2 三相永磁同步电机的磁动势39
• 3.4.3 容错控制系统的搭建39-40
• 3.4.4 实验对比及结论40-42
• 3.5 基于直接转矩理论的容错算法42-50
• 3.5.1 直接转矩控制的基本原理42-46
• 3.5.2 基于新型容错电机的直接转矩控制策略46-48
• 3.5.3 容错控制系统的建立及实验结果48-50
• 3.6 小结50-51
• 第四章 基于DSP的永磁同步电机容错控制系统的实现51-62
• 4.1 引言51
• 4.2 电机驱动板硬件电路设计51-60
• 4.2.1 开关电源模块的设计52-56
• 4.2.2 IPM电路设计56-58
• 4.2.3 检测及故障模块的电路设计58-59
• 4.2.4 电机驱动板的PCB制图59-60
• 4.3 基于DSP的直接转矩算法的软件设计60-62
• 第五章 总结与展望62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 个人简介67

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本文编号：764631