五相永磁同步電機(jī)系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)研究.pdf

1、本文以五相PMSM驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立、五相逆變器脈寬調(diào)制方法的實(shí)現(xiàn)、電機(jī)匝間短路故障模型的建立、五相逆變器開路故障的診斷及容錯(cuò)控制運(yùn)行性能的研究等都進(jìn)行了深入分析。
　　首先，建立五相電機(jī)數(shù)學(xué)模型，分析五相逆變器矢量控制方案及脈寬調(diào)制技術(shù)。文中以ITH-MMF五相PMSM為例，分析定子電感矩陣和磁鏈方程的求解過(guò)程及電機(jī)在自然坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，建立五相系統(tǒng)的坐標(biāo)變換矩陣，推導(dǎo)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型；

2、探討五相PMSM的矢量控制方案，對(duì)最大兩矢量和最近四矢量?jī)煞N脈寬調(diào)制算法進(jìn)行理論分析和仿真驗(yàn)證，可得最近四矢量SVPWM算法下電機(jī)輸出的相電壓諧波含量更小，相電流更加接近正弦波。
　　其次，研究電機(jī)的匝間短路和逆變器開路故障。針對(duì)Sin-MMF五相PMSM，對(duì)發(fā)生匝間短路的故障相引入故障因子，推導(dǎo)電機(jī)匝間短路故障參數(shù)模型，搭建電機(jī)匝間短路故障仿真模型，仿真表明電機(jī)輸出端的定子電流與發(fā)生匝間短路故障的匝數(shù)存在正比關(guān)系；提出兩種五相逆

3、變器開路故障診斷算法：算法一利用改進(jìn)平均電流法得到逆變器單管開路和不同相兩管開路的故障定位表。算法二對(duì)電流進(jìn)行歸一化處理，解決了平均電流法在負(fù)載突變時(shí)易出現(xiàn)誤診斷的問(wèn)題，利用三次諧波子空間故障電流的相位角實(shí)現(xiàn)開關(guān)管單管開路故障診斷。
　　然后，探討五相PMSM發(fā)生缺相故障后的容錯(cuò)運(yùn)行機(jī)理。引入鏡像對(duì)稱原理得到正弦電流鏡像關(guān)系式，減少容錯(cuò)電流未知變量求解個(gè)數(shù)，增加控制系統(tǒng)求解速度，降低電機(jī)病態(tài)運(yùn)行時(shí)間。以零轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、零中性線電流和定

4、子銅耗最小為約束條件，分析電機(jī)在一相缺相、不相鄰兩相缺相和相鄰兩相缺相三種故障狀態(tài)下輸出的有功和無(wú)功功率，得到電機(jī)在故障狀態(tài)下保持低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和較高輸出力矩的最優(yōu)容錯(cuò)電流解，并用Ansoft進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　最后，以英飛凌32位微控制器TC1767為核心，搭建五相PMSM驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)本文算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明：利用最近四矢量SVPWM算法調(diào)制控制時(shí)電機(jī)輸出的相電壓諧波含量更小，降低電機(jī)損耗；本文所提出的改進(jìn)平均電流