五相圆筒永磁电机统一容错矢量控制

为使五相圆筒永磁电机(tubularpermanentmagnet motor,TPMM)在发生相开路故障和相短路故障时,仍然具有优良的动态性能,同时提供平滑的推力,该文提出一种统一容错矢量控制策略。根据非故障相容错电流推导降阶正交变换矩阵;利用相短路电流和反电势的关系设计电压补偿器,建立TPMM相开路和相短路故障状态下的统一数学模型。在此基础上,为提高TPMM在相开路和相短路故障下的稳态和动态性能,同时为简化控制策略,将降阶正交变换矩阵代替传统矢量控制策略中的克拉克变换矩阵,并且对两相静止坐标系上的电压进行补偿。实验结果验证了所提控制策略的可行性。     

五相永磁同步电机容错控制策略

针对多相电机驱动系统中常见的定子绕组开路故障,提出一种有效的容错电流控制策略。从矢量空间解耦的角度,推导出缺相故障状态下的坐标变换矩阵,建立了五相永磁同步电机(PMSM)在发生一相绕组开路故障时的解耦数学模型。根据同步旋转坐标系下的定子铜耗方程,通过对Z1-Z2子空间的电流设置不同的约束条件,得到相应的矢量控制方法。实验结果表明,该方法可以减小定子绕组开路故障引起的转矩脉动,使五相PMSM在故障状态下的运行性能得到明显改善,有效提高调速系统的可靠性能。     

五相永磁容错电机的相间短路容错控制

永磁电机发生短路故障后,电机内的短路电流急剧增大,电机系统将失去平稳性,威胁重大装备的运行安全。与其他短路故障相比,相间短路破坏性最强。针对这一严重故障,该文提出一种五相永磁容错电机的相间短路容错控制。以稳定的输出转矩为目标,从消除相间短路引起的断相和短路电流这两个负面影响出发,构建最优容错电流。利用故障前后磁动势不变的基波降阶矩阵,重构非故障相电流,弥补相间短路下断相引起的转矩损失和转矩脉动。进一步地,在非故障相中注入补偿电流,以注入电流与短路电流的磁动势和为零为原则,抑制短路电流引起的转矩脉动。利用叠加原理合成所需容错电流,并通过载波脉宽调制技术固定所提容错控制的开关频率。最后,通过实测20槽/14极五相永磁容错电机故障,容错运行下的动、静态特性,验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

多套三相永磁同步电机缺相容错电流统一计算方法

半对称与全对称是多套三相永磁同步电机常见的2种定子绕组结构。该文针对不同绕组结构的多套三相永磁同步电机不对称缺相故障,以输出转矩最大为优化目标,提出一种统一的缺相容错电流计算方法。该方法综合考虑电机相数的奇偶性及绕组结构的差异性,通过引入偶数次谐波矢量及广义零序矢量重构解耦矩阵,适用于任意多套三相永磁同步电机缺相容错电流计算。最后,通过一台9k W九相半对称永磁同步电机的缺相容错控制试验,验证计算结果的正确性。     

永磁同步电机在一相断路故障下的容错控制

针对电机在一相故障下电流缺相引起的转速波动问题,依据准比例谐振能实现对交流信号无误差跟踪的原理,采用重新设计矢量控制电流环的方法减小电流的波动.为了研究设计的控制器在无感下的控制效果,在传统滑模无感控制的基础上,采用准比例谐振和滑模观测器相结合的改进无传感器控制方法.两种控制方法相结合组成了新的复合容错控制方案.通过绘制准比例谐振的伯德图,确定了准比例谐振参数的选取原则.搭建了电机硬件平台,对提出的复合容错控制方法进行了实验验证,实验结果表明:复合容错控制方法在电机一相故障情况下依然能准确地估算出电机转速,抑制电机转速的波动,在不改变控制器各个参数的同时,能兼容电机故障与正常状态,具有较强的容错控制性能.     

基于简化有限集模型预测电流控制的五相PMSM统一容错控制

在五相永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)中,有限集模型预测容错控制(finite control set model predictive fault tolerant control,FCS-MPFTC)存在计算量大、电流谐波含量高等问题。因此,该文提出一种简化FCS-MPFTC来实现相开路和短路故障情况下的统一容错控制。首先,将模型预测电流控制的电流代价函数等效转化为电压代价函数,并采用无差拍方法通过电流模型计算出参考电压。然后,基于抑制三次谐波电流为0的原则合成虚拟电压矢量(virtual voltage vector,V3);通过重构V3和扇区,以直接获得参考电压矢量对应的最优电压矢量。最后,对传统和简化FCS-MPFTC在开路和短路故障下进行对比实验。结果表明,所提策略能够有效减小故障后计算量、转矩脉动以及电流谐波含量。     

转子磁钢离心式六相十极永磁容错电机及控制策略

在转子磁钢采用离心结构的六相十极永磁容错电机基础上,提出一种具有转矩脉动最小化输出及容错能力的电流直接控制法。该控制策略保证电机某一相绕组或控制器发生断路及短路故障时,电机的输出转速及转矩平均值不变,并可使六相正常态平滑过渡到五相故障态,实现系统容错。设计了一台750W六相十极永磁容错电机及其全数字控制器,通过绕组的断路及短路故障试验证明了电机设计的合理性及电流直接控制策略的正确性。     

基于非对称SVPWM的电动汽车五相永磁无刷电机容错控制

针对电动汽车用五相永磁无刷电机单相开路故障,提出了一种基于非对称空间矢量脉宽调制策略的故障容错控制方案。新型故障容错控制的设计分为两个部分,对五相永磁无刷电机驱动系统开路故障下的电压矢量关系进行了分析,然后对空间矢量调制算法进行改进,即在一个扇区中选择构成不对称波形的开关状态作为输出。该非对称空间矢量调制可以降低非故障相的电流谐波和降低转矩脉动。基于试验平台开展了试验研究,试验结果验证了新型容错控制可实现系统故障期间的低转矩脉动,且保持较好的动态性能。     

双绕组永磁容错电机矢量控制及其容错策略分析

介绍了双绕组永磁容错电机电流矢量控制系统的基本原理,在采用直轴电流id=0控制方法的基础上,提出开路故障、短路故障及组合故障的容错控制策略。在Ansoft Maxwell 14和Simplorer 9.0环境下,建立了系统的联合仿真模型,并研究了在一相、两相、三相开路和单相短路故障下容错控制策略实施前后的电流、转矩和转速响应曲线。仿真结果表明,双绕组永磁容错电机的电流矢量控制具有较强的容错能力和良好的速度、转矩控制特性,当发生故障时,采用所提容错控制策略,能有效抑制转矩脉动,维持转速稳定。     

BLDCM两相短路的四步换相容错运行方法

无刷直流电机运行过程中发生相短路,易引起二次故障,造成电机控制系统的功能丧失。针对无刷直流电机绕组两相短路故障情况,提出一种四步换相容错控制策略,确保电机故障后系统继续运行。通过在电机绕组设置电流检测元件,对三相电流进行检测,将连续两次检测值的差值作为特征量进行故障定位;根据定位结果,改变逆变桥功率管导通次序、导通时间,实现对电机两相短路情况下的容错控制,同时实现故障隔离。针对电机容错运行时转矩脉动较大的问题,采用H_PWM-L_ON调制方式并在换相时刻优化占空比,进行转矩脉动抑制。详细阐述电机两相短路容错控制策略的工作机理与换相过程,并对提出的四步换相容错控制策略进行仿真和实验,结果表明,电机容错运行时非故障相相电流峰值接近电机正常运行时的1.5倍,故障相相电流峰值接近电机正常运行时的1.25倍,转矩脉动增加20%,转速波动在5%以内。     

六相永磁容错磁通切换电机及其单相故障的容错控制

为了提高永磁电机的可靠性和容错性,研究了一种六相永磁容错磁通切换电机(FaultTolerant Flux Switching Permanent Magnet Motor,FTFSPM)。该电机继承了永磁磁通切换电机的结构特点和功率密度优势,同时具备故障隔离和抑制短路电流的能力。通过有限元仿真研究了该电机电感特性和转矩特性,分析了电机的电磁性能和容错能力。为使该电机在单相故障时仍能提供平滑转矩,提出了容错电流优化控制策略。开路故障时,利用扩展坐标变换,通过控制转子同步旋转坐标系下的交轴电流、零序电流,实现转矩脉动的补偿,同时优化转矩铜耗比。针对短路故障,提出一种故障分解补偿法,对短路电流及绕组正常电流缺失引起的转矩脉动或转矩缺失分别进行补偿,进而矢量合成,实现容错控制的同时,避免了复杂的在线计算。在原理样机上进行了带载实验及容错实验,证明了所研究的永磁容错磁通切换电机的转矩输出能力和容错性能,同时验证了所提容错控制策略的有效性。     

四相永磁容错电动机单相开路故障的矢量控制

通过三相静止不对称坐标系到二相旋转坐标系的变换,在保持电动机故障前后磁动势平衡的条件下,研究变换矩阵的计算方法,采用基于转子磁场定向的矢量控制方法,实现了永磁容错电动机电流、磁链的解耦控制,为多相永磁容错电动机的矢量控制和容错控制提供了一种新方法。     

六相永磁同步电机缺相容错控制

为了实现六相永磁同步电机缺相后的矢量控制,根据定子磁势不变的原则,以铜耗最小为目标,对双Y移相30°六相永磁同步电机缺一相绕组的电流进行优化求解。根据所求得的优化电流,获得缺相后的变换矩阵,从而建立缺一相的六相永磁同步电机旋转坐标系下数学模型,并由此提出缺相后的解耦矢量控制方法。分析漏感和空间谐波对该容错控制下转矩脉动的影响,提出相应的抑制方法。实验验证了六相永磁同步电机容错控制算法的正确性,其有效减少了缺相后的转矩脉动,且具有较好的动态性能,提高了驱动系统的可靠性。     

五相永磁同步电机缺相运行的建模与控制

为提高五相永磁同步电机(PMSM)控制系统的可靠性,减小定子绕组发生开路故障时电机输出转矩的脉动分量,提出了五相PMSM缺相运行时的容错控制策略。从矢量空间解耦的角度,建立了含有3次谐波磁场的五相PMSM缺相运行时的数学模型。根据瞬时功率守恒原理,对故障前后的电磁转矩进行分析,提出了平均转矩保持不变的容错控制策略,通过重新分配各相电流的幅值和相位,实现了控制系统的满负荷运行;为了使电机在缺相故障时仍能提供平滑转矩,提出了脉动转矩保持为零的容错控制策略,实现了控制系统的无扰运行。采用转子磁场定向的方法,通过对旋转坐标系下的交直轴电流和零序电流进行控制,实现了对电机输出转矩的补偿。实验结果表明,所提出的容错控制算法能够有效改善五相PMSM在定子绕组发生开路故障时的运行性能。     

两台对称六相PMSM反串联系统容错控制

针对两台对称六相永磁同步电机反串联系统的缺相故障运行问题,建立反串联系统的缺相数学模型,为保证故障前后的运行状态不发生改变,即保持两台对称六相永磁同步电机的转矩与转速不变,解耦变换后的数学模型应该不变。利用载波调制矢量控制方法,对反串联系统容错控制,实现了对两台对称六相永磁同步电机的解耦控制。稳态和动态仿真结果验证了控制方法的有效性。     

双绕组永磁容错电机不同故障容错控制策略的比较研究

在分析双绕组三相永磁容错电机基本结构的基础上,讨论了电机在开路和短路故障情况下的转矩脉动和铜耗。详细论述了加倍增加对应相电流容错控制策略、最优转矩容错控制策略和电流矢量容错控制策略的实现方法。通过数学计算和仿真比较分析了3种容错控制策略的性能和优缺点。硬件实验结果验证了所提出的电流矢量容错控制策略的正确性和可行性。     

开路故障条件下五相永磁同步电机的SVM模型预测转矩控制

针对五相永磁同步电机在开路故障下容错控制稳态性能不足的问题,提出了一种新型的模型预测转矩控制(MPTC)与空间矢量调制(SVM)方法相结合的MPTC控制策略。首先,在OCF条件下对五相PMSM驱动器系统进行建模,并应用MPTC和SVM的优点实现对不同子空间的联合控制。其次,为抑制谐波电压,选择在α β子空间中生成较大电压矢量的非零开关状态作为候选状态,并在矢量合成过程中将期望电压矢量所处象限中的两个任意电压矢量视为有效电压,根据电压矢量的选择提出SVM方法。最后,通过优化成本函数获得最佳的矢量合成,并通过实验验证所提控制策略的有效性。实验结果表明,所提控制策略无需额外控制器即可对基频和谐波子空间进行联合控制,并能获取理想的动态性能、增强系统稳态性能,且相较于其他算法,容错控制性能良好。     

两相短路故障电流限制研究

针对两相短路故障提出了利用统一潮流控制器（UPFC）限制两相短路故障电流的新型策略。对于两端均装设有UPFC装置的线路,当出现两相短路时,利用UPFC向线路两端提供串联电压,消除或抑制负序和零序电流,使故障电流为0,同时使故障线路能够继续传输功率。     

十五相感应电机不对称缺相容错运行控制

缺相容错运行是多相电机重要优势之一。针对舰船十五相新型感应推进电机不对称缺相故障,在容错电流有效值不超过额定值的前提下,以输出转矩最大为目标,计算了容错电流并提出相应的容错控制策略。所提缺相容错控制采用与电机正常运行时相同的数学模型及解耦变换矩阵,无需重新计算电机参数,可以尽量少的改动容错控制策略。通过对一台45k W十五相感应电机不同缺相故障进行容错控制试验,验证了容错电流计算及控制方法的有效性。     

双三相异步电机缺两相故障容错运行控制

双三相异步电机具有较多的控制自由度。当电机绕组发生缺相故障时,可以通过容错控制维持电机继续运行,使电驱动系统获得更高的运行可靠性。本文针双三相电机中性点的两种连接方式分别推导了两相故障后的解耦变换矩阵,建立了缺相故障后电机的数学模型。根据故障后电机的控制自由度和降载系数,计算了不同运行模式下的容错运行电流。通过引入比例谐振控制器(Proportional Resonant,PR)实现了缺相下各相电流的容错控制。实验结果表明所提容错运行控制方法能够抑制缺相故障后电机的转速波动,而且不同容错运行模式均具有各自的优化效果。