五相容错永磁游标电机控制系统研究

发布时间：2017-09-03 12:20

  本文关键词：五相容错永磁游标电机控制系统研究

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【摘要】：电力电子技术的不断进步推动了永磁容错电机控制系统的革新,连续性、可靠性成为控制系统最主要性能指标。自身具有容错性能的多相容错永磁电机引起广泛关注。本文针对五相容错永磁游标(Fault-Tolerant Permanent-Magnet Vernier,FT-PMV)电机,提出容错控制算法。FT-PMV电机兼具永磁电机的高效率、游标电机的高转矩和容错电机的高可靠性特点。开路故障发生后,基于不同的约束条件,利用正常相补偿故障相缺失的转矩;短路故障发生后一方面补偿缺失的转矩,另一方面补偿短路电流引起的转矩脉动。保证电机前后磁动势不变,电机转矩可以达到正常值,系统正常运行。从仿真和实验验证了算法正确性。主要内容如下:1.通过对FT-PMV电机结构及五相电机的工作原理进行分析,运用有限元仿真软件Maxwell对电机进行了电磁性能研究。分别在五相自然坐标系和旋转坐标系下对FT-PMV电机进行了数学模型的建立,有利于后面的仿真分析。2.从电机的故障类型出发,对故障后FT-PMV电机的容错控制策略推导分析。当发生开路故障,保证电机前后磁动势不变,电机转矩可以达到正常值;当发生一相短路时,一部分利用正常相补偿短路相电流的缺失,另一部分消除短路电流对系统稳定性的影响,降低转矩脉动,保持正常的转矩性能。3.利用Matlab和Maxwell/Simplorer联合仿真对电机正常和带故障运行状态进行分析。通过仿真结果与理论的对比分析,验证了所提出的容错控制算法可靠性。4.搭建软硬件平台为整体电机控制平台的实现提供保障,提高了系统整体的实用性、可靠性。搭建电机驱动系统实验平台,验证控制算法的正确性、合理性。
【关键词】：容错控制 容错电机 永磁游标电机 短路 转矩
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM351
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题背景及研究目的意义9
• 1.2 国内外研究现状9-16
• 1.2.1 电机本体结构及多电机系统研究10-13
• 1.2.2 电机容错控制策略研究13-14
• 1.2.3 电机容错驱动电路拓扑研究14-16
• 1.3 论文研究内容与论文结构16-19
• 1.3.1 论文研究主要内容16-17
• 1.3.2 论文研究主要构架17-19
• 第二章 五相容错永磁游标电机基本原理及数学模型19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 FT-PMV电机的结构分析19-20
• 2.3 FT-PMV电机电磁特性分析20-23
• 2.3.1 磁场及磁密分布21
• 2.3.2 短路电流与空载反电势21-23
• 2.3.3 齿槽转矩和输出转矩23
• 2.4 FT-PMV电机数学模型23-29
• 2.4.1 自然坐标系下电机模型23-25
• 2.4.2 坐标变换25-28
• 2.4.3 旋转坐标系下电机模型28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 五相容错永磁游标电机容错控制30-57
• 3.1 引言30-31
• 3.2 正常状态控制算法31-32
• 3.3 一相开路状态容错控制算法32-35
• 3.3.1 铜耗最小约束条件下的容错控制算法33-34
• 3.3.2 幅值相等约束条件下的容错控制算法34-35
• 3.4 两相开路状态容错控制算法35-37
• 3.4.1 相邻两相开路35-36
• 3.4.2 不相邻两相开路36-37
• 3.5 一相短路状态下容错控制算法37-40
• 3.6 五相FT-PMV电机Matlab/Simulink建模分析与仿真40-46
• 3.6.1 五相FT-PMV电机整体模型40-41
• 3.6.2 正常状态控制算法仿真41-43
• 3.6.3 一相开路状态容错控制算法仿真43-44
• 3.6.4 两相开路状态容错控制算法仿真44-46
• 3.7 五相FT-PMV电机Maxwell/Simplorer联合仿真46-56
• 3.7.1 五相FT-PMV电机联合仿真模型46
• 3.7.2 一相开路及两相开路容错控制仿真46-53
• 3.7.3 一相短路容错控制仿真53-56
• 3.8 本章小结56-57
• 第四章 五相容错永磁游标电机驱动控制系统设计与实现57-74
• 4.1 引言57
• 4.2 五相FT-PMV电机驱动系统硬件设计57-68
• 4.2.1 主控芯片介绍58-59
• 4.2.2 功率模块及外围电路设计59-61
• 4.2.3 电机转子位置检测61-63
• 4.2.4 采样电路及保护电路设计63-68
• 4.3 五相FT-PMV电机驱动系统软件设计68-72
• 4.3.1 系统软件设计整体框架68-69
• 4.3.2 ADC模块中断69-70
• 4.3.3 定时器中断70-72
• 4.3.4 捕获中断72
• 4.3.5 保护中断72
• 4.4 本章小结72-74
• 第五章 五相容错永磁游标电机驱动控制系统实验研究74-85
• 5.1 引言74
• 5.2 实验系统介绍74-77
• 5.3 实验结果77-84
• 5.3.1 正常状态实验验证77-79
• 5.3.2 一相开路容错运行状态实验验证79-81
• 5.3.3 两相开路容错运行状态实验验证81
• 5.3.4 一相短路容错运行状态实验验证81-84
• 5.4 本章小结84-85
• 第六章 总结与展望85-87
• 6.1 全文总结85
• 6.2 课题后续工作展望85-87
• 参考文献87-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士期间学术成果及参与科研项目92

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本文编号：784966