九相磁通切換永磁電機(jī)系統(tǒng)及容錯(cuò)控制研究.pdf

1、隨著電機(jī)控制理論、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域已經(jīng)突破了標(biāo)準(zhǔn)三相供電系統(tǒng)的束縛，多相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)憑借其與三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比所具有的低壓大功率和系統(tǒng)可靠性高等優(yōu)勢(shì)，在船舶推進(jìn)、航空航天和電動(dòng)汽車等大功率電氣驅(qū)動(dòng)裝置中獲得日益廣泛的應(yīng)用。本文以一臺(tái)九相磁通切換永磁(Flux-switching permanent magnet，F(xiàn)SPM)電機(jī)為研究對(duì)象，主要針對(duì)九相FSPM電機(jī)的基本理論、PWM矢量控制、多相多電平技術(shù)、模

2、型預(yù)測(cè)控制、諧波注入式容錯(cuò)控制、主動(dòng)缺相控制等技術(shù)進(jìn)行了研究，得出的結(jié)論和總結(jié)出的方法對(duì)多相電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用具有理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
　　論文主要研究成果包括以下幾個(gè)方面:
　　1.分析了九相FSPM電機(jī)的基本工作原理、靜態(tài)特性、繞組磁動(dòng)勢(shì)的諧波機(jī)理和分布，并在九相FSPM電機(jī)相變量數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，通過(guò)矢量空間解耦方法，建立了九相FSPM電機(jī)全解耦的數(shù)學(xué)模型;
　　2.研究了電流滯環(huán)PWM矢量控制、空間矢量PWM

3、矢量控制和占空比直接求解PWM矢量控制策略在九相FSPM電機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并詳細(xì)分析了幾種控制算法的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，提出了適用于九相FSPM電機(jī)性能的控制策略;并通過(guò)仿真結(jié)果的對(duì)比研究，驗(yàn)證了諧波閉環(huán)矢量控制在負(fù)載不平衡及逆變器非線性條件下的優(yōu)越性;針對(duì)大容量調(diào)速系統(tǒng)，提出了中點(diǎn)鉗位型(Neutral point clamped，NPC)三電平九相逆變器供電技術(shù)，分析了調(diào)速系統(tǒng)采用兩種載波PWM方式下產(chǎn)生的電壓和電流波形;

4、>　　3.針對(duì)九相FSPM電機(jī)矢量控制系統(tǒng)采用電流八內(nèi)環(huán)的方法動(dòng)態(tài)性能稍顯不足，同時(shí)PI參數(shù)整定困難的問(wèn)題，提出了九相FSPM電機(jī)有限控制集模型預(yù)測(cè)電流控制（Finite-control-set modelpredictive current control，F(xiàn)CS-MPCC）方案。通過(guò)建立九相FSPM電機(jī)狀態(tài)空間模型的預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)型，提出了最優(yōu)開關(guān)矢量作用方案以提高控制器處理速度，同時(shí)對(duì)因電機(jī)參數(shù)擾動(dòng)引起的運(yùn)行性能影響進(jìn)行了分析。針對(duì)上述

5、FCS-MPCC方法進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該控制方法具有響應(yīng)速度快及魯棒性好的優(yōu)點(diǎn);
　　4.分別針對(duì)矢量控制九相FSPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)一中性點(diǎn)和三中性點(diǎn)系統(tǒng)中單相斷路故障工況進(jìn)行研究。一中性點(diǎn)系統(tǒng)單相故障時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)矩電流分量不變及定子銅耗方程，提出了3種諧波電流注入模式下無(wú)擾運(yùn)行的容錯(cuò)控制策略，即在容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)分別注入3次，3、5次以及3、5、7次諧波電流，進(jìn)而獲得銅耗最小優(yōu)化目標(biāo)的容錯(cuò)電流通用在線生成方法;三中性點(diǎn)系統(tǒng)單相故障

6、時(shí)，提出了雙Y繞組控制及三Y繞組相電流重構(gòu)控制方案，分別在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和銅耗方面進(jìn)行了綜合比較;在諧波注入式容錯(cuò)控制基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析九相FSPM電機(jī)五相繞組同時(shí)斷路工況下的相電流重構(gòu)及電機(jī)輸出特性，即使在諧波電流注入時(shí)，容錯(cuò)相電流依然能保持很高的正弦性，并具體量化了電機(jī)系統(tǒng)在容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載降額率;
　　5.從系統(tǒng)運(yùn)行效率的角度，研究電機(jī)在不同主動(dòng)缺相運(yùn)行方案中，對(duì)應(yīng)九相FSPM電機(jī)系統(tǒng)的功耗，并在此基礎(chǔ)上，提出采用主動(dòng)缺相控制的方法