六相永磁容錯(cuò)電機(jī)的暫態(tài)控制研究.pdf

1、電力作動(dòng)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓作動(dòng)系統(tǒng)是多電飛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。作為下一代戰(zhàn)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，電力作動(dòng)系統(tǒng)是飛行器完成各功能任務(wù)操作的最后環(huán)節(jié)，其健康程度直接影響整個(gè)飛機(jī)的安全。因此，作動(dòng)電機(jī)必須具有高容錯(cuò)性和可靠性，容錯(cuò)電機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生。目前對(duì)容錯(cuò)電動(dòng)機(jī)的研究主要針對(duì)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)和故障態(tài)的簡(jiǎn)單隔離，而對(duì)作動(dòng)電機(jī)故障后控制重構(gòu)這一暫態(tài)過(guò)程研究甚少，難以確保作動(dòng)電機(jī)重構(gòu)過(guò)程的平穩(wěn)過(guò)渡，雖然其持續(xù)的時(shí)間很短，但對(duì)電機(jī)的運(yùn)行卻是至關(guān)重要的，尤其是對(duì)運(yùn)行性

2、能要求很高的戰(zhàn)斗機(jī)電力作動(dòng)系統(tǒng)，暫態(tài)可能會(huì)引起較大的轉(zhuǎn)速變化、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)，而作動(dòng)系統(tǒng)的脈動(dòng)對(duì)飛機(jī)的操控有很大影響，直接關(guān)系到飛行安全。因此，開(kāi)展電機(jī)容錯(cuò)重構(gòu)暫態(tài)過(guò)程控制研究具有十分重要的理論與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　六相永磁容錯(cuò)電機(jī)以其高功率密度、高可靠性、較高的容錯(cuò)性以及良好的調(diào)速性能等優(yōu)點(diǎn)，成為飛機(jī)電力作動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的首選。本文致力于提高六相永磁容錯(cuò)電機(jī)暫態(tài)運(yùn)行的可靠性和平穩(wěn)性，重點(diǎn)開(kāi)展了電機(jī)的典型故障診斷研究，并設(shè)計(jì)了

3、對(duì)應(yīng)的容錯(cuò)控制策略，保證電機(jī)故障后良好的運(yùn)行能力，采用基于加權(quán)灰靶理論的方法對(duì)電機(jī)健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，為進(jìn)一步開(kāi)展主動(dòng)容錯(cuò)控制奠定了基礎(chǔ)。
　　本文詳細(xì)分析了六相永磁容錯(cuò)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及其故障隔離能力，建立了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，利用矢量變換實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的解耦控制，采用磁場(chǎng)定向控制和電流遲滯環(huán)跟蹤控制策略，搭建電機(jī)及其控制系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)大范圍的調(diào)速對(duì)電機(jī)模型穩(wěn)、暫態(tài)特性進(jìn)行仿真分析，結(jié)果驗(yàn)證了所建模型的合理性。
　　電機(jī)作為電力

4、作動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其故障將直接影響飛機(jī)安全。本文針對(duì)電機(jī)最常見(jiàn)的四類(lèi)故障（定子繞組匝間短路、開(kāi)路、變換器功率管短路以及軸承磨損）進(jìn)行機(jī)理分析，建立了各故障的數(shù)學(xué)模型及仿真模型，仿真結(jié)果表明六相永磁容錯(cuò)電機(jī)的電流、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速在故障過(guò)程中具有明顯特征，為開(kāi)展電機(jī)故障診斷工作奠定了基礎(chǔ)。
　　如何快速有效地對(duì)電機(jī)已發(fā)生的故障進(jìn)行模式識(shí)別和診斷，是本文的一個(gè)研究重點(diǎn)。為了提取故障特征，基于冗余第二代小波分析算法，實(shí)例仿真驗(yàn)證該算法在

5、消除頻率混疊方面的優(yōu)越性。運(yùn)用該算法對(duì)六相永磁容錯(cuò)電機(jī)典型故障的電磁轉(zhuǎn)矩信號(hào)進(jìn)行分解和重構(gòu)，提取每個(gè)頻帶內(nèi)的能量作為故障特征向量，建立“特征向量—故障狀態(tài)”的映射關(guān)系，并利用最小二乘支持向量機(jī)分類(lèi)算法建立電機(jī)典型故障分類(lèi)器，從訓(xùn)練樣本比例、不同分類(lèi)算法效果、編碼方式三個(gè)方面驗(yàn)證了LS-SVM模型的分類(lèi)效果，識(shí)別精度都在90％以上，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的故障診斷。
　　電機(jī)故障會(huì)引起較大的轉(zhuǎn)速變化、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)，導(dǎo)致電力作動(dòng)系統(tǒng)不

6、能穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)這一問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種具有魯棒性的模糊動(dòng)態(tài)Terminal滑模控制器對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，仿真驗(yàn)證了該方法可以使電機(jī)快速準(zhǔn)確的到達(dá)指定運(yùn)行狀態(tài)，縮短了暫態(tài)的調(diào)整時(shí)間，削弱了暫態(tài)畸變程度，較傳統(tǒng)的PI控制優(yōu)勢(shì)明顯。在此基礎(chǔ)上研究了故障前后電磁功率恒定的容錯(cuò)控制方法，提出故障后的電流容錯(cuò)控制算法，形成了完整的故障容錯(cuò)控制系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)匝間短路、開(kāi)路和變換器功率管短路進(jìn)行故障后的容錯(cuò)控制仿真，結(jié)果表明該控制系統(tǒng)可以使電機(jī)在故障后0.03s

7、內(nèi)平穩(wěn)地恢復(fù)到正常（或規(guī)定）工作狀態(tài)，提高了電力作動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性。
　　永磁容錯(cuò)電機(jī)的暫態(tài)容錯(cuò)控制最理想的目標(biāo)是變被動(dòng)容錯(cuò)控制為主動(dòng)容錯(cuò)控制，為此，本文提出了基于改進(jìn)型灰靶理論健康狀態(tài)評(píng)估算法，通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)故障模式序列、對(duì)待識(shí)別模式進(jìn)行灰靶變換、對(duì)靶心度進(jìn)行分級(jí)、求取灰色貢獻(xiàn)度等步驟，解決了在沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)模式的情況下，對(duì)永磁容錯(cuò)電機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行量化分級(jí)的問(wèn)題。并基于灰貢獻(xiàn)度對(duì)灰靶算法進(jìn)行改進(jìn)，確定了評(píng)估過(guò)程中不同頻帶的權(quán)重，