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。     

多相开路故障下的双三相PMSM统一容错控制策略

多相电机在定子开路故障下具有良好的容错性能,与此相关的设备和控制策略改进方面的研究理论也不断被提出。然而,却少有基于统一模型的适用于多相开路故障的容错控制策略。提出了一种应用于双三相永磁同步电机(PMSM)系统三相或三相以下开路故障的容错控制策略,并获得了良好的电机电力和动态性能。针对发生单相到三相开路故障的PMSM提出了统一数学模型,提取出每种故障下对应电机不对称性的矩阵。通过电压方程,推导出每种故障对应的解耦变换矩阵。为了对相电流中的每种谐波进行无差别抑制,建立了谐波子空间。考虑开路故障相数的增加,提出了用于三相开路的有中性点电流的容错控制策略,达到了降低相电流幅值和提升系统冗余度的目的。最后通过试验和仿真结果,验证了理论分析的正确性。     

基于电感参数补偿的五相感应电机容错控制

为抑制五相感应电机定子开路故障下的转矩脉动,本文提出一种基于不对称电机模型的电感参数补偿策略。从空间矢量解耦的角度,推导了定子绕组不同开路情形的坐标变换矩阵,建立了五相感应电机故障后的数学模型。通过修正故障后电机的电感参数和解耦矩阵的系数,实现了故障情况下五相感应电机的转子磁场定向控制,保证其在故障后平稳运行。以a相绕组开路故障为例,仿真和实验结果表明该策略能够有效地抑制转矩脉动,改善电机故障下运行的性能,此外这种分析方法可以推广到任意的多相电机。     

多相永磁电机磁场解析预测与容错控制策略

为了提高多相永磁同步电机在单相或多相绕组发生故障时的容错性能,基于傅里叶级数分析方法,建立了多相内转子表贴式永磁同步电机(SPMSM)绕组缺相不对称运行下的磁场解析计算模型,该解析计算模型能够考虑铁磁材料的非线性变化,并对气隙磁通密度、空载反电动势以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算;其次,以一台44极48槽12相SPMSM为例,通过有限元仿真分析和实验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,基于故障前后电机定子绕组合成磁动势不变的原则,提出一种多相永磁电机在单相或多相绕组开路故障下的容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,提高了多相永磁电机驱动系统的可靠性。     

考虑开路运行模式时的五相永磁同步电机FOC

五相永磁同步电机在开路故障下,由于缺乏有效的空间解耦模型,常采用滞环电流控制。针对滞环电流控制难以应用于大功率场合的问题,提出了一种五相电机矢量控制,即正常模式、单相开路、两相开路(包括相邻和不相邻两相开路)模式下的转子磁场定向控制(FOC)。所提FOC基于维持基波定子磁动势和定子永磁体磁链圆形旋转的原则,给出了适用于各种运行模式下的Clarke和Park变换矩阵以及空间解耦模型。这些解耦模型具有相似的电压方程和转矩方程形式,因此矢量控制可以得到统一。在五相电机驱动系统上验证了所提出的空间解耦模型及FOC方法的有效性和可行性。     

一种基于谐波平面检测的五相电机驱动系统单相断相故障诊断方法

针对多相电机的故障诊断,提出一种基于谐波平面检测的五相电机单相断相故障诊断方法。将定子相电流进行克拉克变换得到三次谐波平面电流分量,进而经过滤波、归一化等运算提取出故障因子。通过故障因子阈值判别,结合三次谐波平面电流轨迹的位置角实现五相电机的单相断相故障诊断。最后,在多相电机驱动实验平台上进行了实验验证。实验结果表明,所提的故障诊断算法能够快速、准确地完成五相感应电机单相断相的故障诊断,并且在转速、负载瞬态扰动工况中表现出了强鲁棒性。     

多相永磁同步电机控制及风电应用综述

为深入探讨多相永磁同步发电机应用于风电领域的前景,归纳了多相永磁同步电机的建模方法与电流控制策略;分析了不同实际要求下的最佳谐波注入率对输出转矩的贡献差异及其原因;总结了多相永磁同步电机在正常状态和一相开路下的统一数学模型,通过矢量控制和电流优化策略实现电机开路故障下的无扰运行。最后指出了多相永磁同步发电机在风力发电应用中面临的机遇与挑战。     

多相电机非正弦供电下的定子缺相容错控制

多相电机通常采用集中绕组和非正弦供电方式,以改善磁场分布并提高电机的转矩密度。针对多相电机的上述特点,提出定子缺相时非正弦供电的容错运行策略。以9相异步电机为例,基于故障前后定子磁动势保持不变的原则,构建了剩余各相的电流方程组。分析了忽略7次谐波磁场、仅保持故障前后1、3、5次定子磁动势不变等容错策略,并通过引入定子铜耗最小的附加条件来求解正常相的电流。电流环采用比例谐振控制算法,实现了相坐标系下的无静差控制。通过实验对上述算法进行了验证,结果表明多相电机在非正弦供电情况下能获得较高的转矩密度和较平稳的运行性能。     

电动汽车用六相感应电机开路故障容错控制

针对传统六相感应电机发生绕组开路故障后转矩脉动大、谐波含量高、可靠性降低的问题,提出和改进了一种容错控制策略。推导了电机断路故障下的统一数学模型,建立了基于故障数学模型下的磁场定向控制,在谐波平面内加入了比例积分控制器,分别以一相、两相和三相定子绕组开路为例,进行了仿真和实验研究。结果表明,该容错控制策略能有效减小绕组开路故障后的转矩脉动和电流谐波,能够实现绕组开路故障后的容错运行。     

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。     

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。     

绕组开路故障下的双三相永磁同步电机容错控制

针对汽车方向盘电动助力转向系统可靠性问题,基于双三相永磁同步电机(PMSM)研究了绕组开路故障下的容错控制策略。以一相绕组开路为例,通过推导出电机绕组开路时的坐标变换矩阵,建立了故障下的双三相PMSM d-q轴坐标系数学模型。在对电压方程进行解耦变换的基础上,设计了结合前馈补偿的电流调节器架构,研究了定子总铜耗最小的容错控制策略。仿真结果表明,所研究的控制策略改善了双三相PMSM绕组缺相后的运行性能。     

基于最优转矩控制六相永磁容错电机故障补救策略的仿真研究

为了满足航空电力作动系统高可靠性的要求,介绍了一种六相永磁容错电机驱动系统的拓扑结构。在介绍其结构特点的基础上,分析驱动电路电气故障,通过电路等效原理将功率管开路、短路和电机绕组短路故障转化为电机绕组开路故障,最后根据功率守恒原则,提出了基于最优转矩控制的故障补救策略,旨在当电机发生开路故障时,能够产生同正常运行时相同的输出转矩,以及最小的转矩脉动和铜耗。Matlab仿真结果表明当电机发生一相或两相开路故障时,系统输出转矩基本不变,从而验证了研究的最优转矩控制策略的可行性。     

五相集中整距绕组感应电机缺相容错控制

定子绕组开路是多相电机调速系统中的常见故障。建立了五相集中整距绕组感应电机绕组开路后的方程,计算了电机绕组开路后的稳态输出电磁转矩,分析了减小转矩脉动的条件,提出了五相电机缺相容错控制方法。此方法在无需额外增加硬件的前提下,可以保证电机继续平稳地运行。对于电机定子绕组多相同时开路,建立相应的变换矩阵、重新计算电感参数后,也可以采用提出的控制方法。对电机定子绕组一相开路进行的仿真和实验结果表明,该容错控制方法可以大大减小电机缺相运行时的转矩脉动。     

无刷直流电机在转子偏心故障时的容错控制研究

在一些工业场合,无刷直流电机需要在转子偏心故障的情形下保持运行状态,而传统的控制策略无法有效地实现容错运行。针对这个问题,提出了一种无刷直流电机在转子偏心时的故障容错控制策略。分析了在传统无刷直流电机控制方法中,每相定子电流参考在波形上是一致的,仅存在一定的相位延迟,而没有考虑电机偏心后导致的反电动势和相电感变化,因此电机偏心将导致未知的转矩脉动。新型控制策略在传统控制策略的基础上采用了在线估计方法,获取了相电感和反电动势的值,从而控制器设置定子电流参考时包含了对偏心故障的考虑和相关运算,从而使电机能够降低转矩脉动,具备一定的故障容错运行能力。最后通过对比试验的方法对新型控制策略进行了试验验证。     

五相永磁同步电动机缺相故障下的磁动势分析

通过分析五相永磁同步电动机正常与缺相下的磁动势,试图找到一种电流控制策略来调整电机缺相情况下的磁动势波形。包括一相开路、相邻两相开路和不相邻两相开路三种情况。所提及的控制方法能够保证该五相电机在缺相故障下仍然能够安全运行。为了证明该电流控制方法具有可行性,每一种故障都进行了仿真分析,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

单相开路故障下五相直流无刷电机无位置传感器控制

为了增强五相电机驱动系统的可靠性和容错能力,对五相永磁无刷直流电机在单相开路故障下的无位置传感器控制技术进行了研究。引入一种新颖的五相电机开路模型,实现了在单相开路故障下的场定向控制及载波脉宽调制。并在此基础上,采用滑模观测器估算五相电机的基波反电动势。然而当五相电机开路在故障模式下运行时,三次谐波绕组及逆变器非线性等因素引起观测反电动势含有较强的抖震谐波。采用了一种改进型复系数滤波器,并取代了传统一阶低通滤波器,对观测反电动势基波分量进行无失真滤波,改善位置观测精度和无位置控制电机动态性能。在实验平台上实现了单相开路模式下的无位置控制技术,验证了其的有效性。     

基于相空间重构和模糊聚类的永磁同步电机直接转矩控制系统逆变器故障诊断

提出一种基于相空间重构技术(RPS)的逆变器故障诊断方法，适用于永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统中最常见的三种逆变器故障：单个功率开关短路、开路与一相桥臂开路故障的诊断。采用相空间重构理论，通过合理设计参数，仅需分析逆变器正常与不同故障状态下一相电流的轨迹特征，便可得到表征系统故障特征的不同形状、直观的轨迹图形。再通过采用一种聚类验证准则确定出模糊C均值算法中的合适聚类数，基于此准则设计了一个模糊C均值聚类算法。最后通过对PMSM DTC系统逆变器不同运行状态下的重构电流轨迹及其模糊C均值聚类测试结果，说明了所提出方法对逆变器故障诊断的有效性。     

基于改进电流法的PMSM绕组开路诊断方法

针对传统永磁同步电机(PMSM)绕组开路故障诊断方法效率低下、适应性差等问题,提出了一种基于改进平均电流法的自适应阈值PMSM绕组开路故障诊断方法。首先,获取PMSM三相正常状态和故障状态的电流信号。其次,为克服测量噪声影响,对该信号进行滑动窗口滤波处理。然后,提出了一种改进平均电流法的绕组开路故障诊断方法,该改进平均电流法可得到自适应阈值,将滤波后的电流值与阈值的比较结果作为故障判断依据。最后,通过仿真平台验证所提算法,结果表明所提方法快速性好,稳定性高。