断相故障下开绕组永磁同步电机模型预测控制容错控制策略研究

共直流母线型开绕组永磁同步电机系统由于双逆变器供电且存在零序回路,具有一定的容错能力,但控制中需考虑零序电流的影响.然而当永磁同步电机发生单相断相故障后,原电机模型不再适用,若继续沿用断相前控制策略,将导致电机转矩脉动变大、控制性能变差.该文根据开绕组永磁同步电机断相后的系统特性,重新设计坐标变换矩阵,得到新坐标变换下的dq轴电机数学模型.新的转矩方程表达简洁、转矩控制方便,同时新的电压方程也相互解耦,因此电流预测计算量小,且控制更加准确.为提高电流控制性能,断相前后均采用三矢量模型预测控制策略.考虑到断相后的基本电压矢量将发生变化,重新构建了断相系统拓扑下新的电压矢量平面并基于新的基本电压矢量计算电压矢量占空比.实验结果证明了所提方法的有效性和优越性.     

三相永磁同步电机断相容错控制

为了提高三相永磁同步电机(PMSM)控制系统的容错能力,减小定子绕组断路故障时电机电磁转矩的脉动,提出了三相永磁同步电机断相容错控制策略。基于故障后正常相绕组电流与电压之间的关系,建立了三相PMSM一相绕组开路时的数学模型。通过分析故障前后电机的电磁转矩,提出了电磁转矩输出不变的容错控制策略,通过调整非故障相电流的幅值与相位,计算前馈零轴电压,保证一相绕组开路故障时电机的正常运行。为了提升电机故障下电磁转矩输出的平稳性,提出前馈零轴电压与中线电流闭环修正相结合的容错控制策略,实现了电机控制系统故障条件下的无扰动运行。采用转子磁场定向的方法,通过在旋转坐标系下交直轴电流控制器上增加前馈零轴电压和中线电流闭环修正,实现了一相绕组开路时的转矩脉动的补偿。实验结果表明,该文提出的容错控制算法可以有效减小三相PMSM在定子绕组发生开路故障时的电机电磁转矩脉动,提高电机控制系统的容错性能。     

电动汽车用六相永磁同步容错电机设计

针对传统三相永磁同步电机在发生故障下无法正常运行,设计了适用于电动汽车多相永磁同步容错电机,并分析了容错控制策略。根据电机性能指标,进行尺寸、永磁体、绕组等设计;在Maxwell有限元软件中建立仿真模型并进行分析。采用H桥拓扑电路,当电机绕组或逆变器发生短路、断路故障后,通过检测电流变化后直接切断母线上的开关,使所有故障都转换为电机缺相故障。仿真结果表明,当电机发生缺相故障后,转矩脉动增大,输出转矩减少,采用容错控制策略后,输出转矩略有减少,转矩脉动明显降低,从而验证容错控制策略的可行性以及该电机设计的合理性。     

双绕组永磁容错电机驱动的垂直提升系统研究

针对现有容错电机驱动系统的不足,提出一种针对直升机绞车用双绕组永磁容错电机驱动的垂直提升系统,具有可靠性高、功率密度高、提升索降工况双向控制等优点。设计了容错提升系统的系统拓扑结构和双绕组永磁容错电机结构。分析了系统的工作原理,并分别对系统的提升工况和索降工况进行了数学模型的建立。为提高系统的缺相运行特性,提出了基于转速、电流、电压双向控制(电动制动)的热备份余度容错控制策略,以及开路故障诊断与余度通信策略。通过系统试验平台的搭建,对双绕组永磁容错电机驱动的垂直提升系统分别进行了提升工况正常态、绕组开路故障态和索降工况正常态、绕组开路故障态的试验验证。试验结果表明,当系统无论是工作在提升工况,还是索降工况,其发生绕组开路故障时,系统的输出性能仍可保持不变,实现了系统开路故障容错,证明了容错提升系统结构设计的合理性及容错控制策略的正确性。     

不同绕组连接方式下的六相永磁同步电动机MT容错控制

多自由度使多相电机具备了优异的容错能力。本文针对单中性点、双中性点及开端绕组结构的六相永磁同步电机,以缺相容错运行时输出转矩最大为目标,提出一种适用于不同绕组结构电机的容错电流计算通用表达式。通过对六相永磁同步电机缺一相故障状态下的自由度进行分析,计算了不同定子绕组结构下的容错电流,并给出相应的控制方法。对比三种不同绕组结构电机容错运行时的带载能力,开端绕组结构的六相永磁同步电机缺相容错运行时输出转矩最大。利用Matlab/Simulink建立了六相永磁同步电机模型及其控制系统,验证了计算结果的有效性。     

开绕组永磁复合轮毂电机驱动系统容错控制

针对开绕组永磁复合轮毂(Permanent Magnet Compact In-Wheel,PMCW)电机驱动系统中单开关管开路故障工况,在60°坐标系下,提出了基于双三相四开关逆变器的电压空间矢量调制(SVPWM)重构容错控制策略。该策略采用电压解析模型法进行故障诊断,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开关管故障,依据矢量分解准则,在一个调制周期内,一个逆变器钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,另一个逆变器进行电压矢量合成,两个逆变器交替运行在钳位和矢量合成状态,在不增加额外器件的情况下,实现了开绕组PMCW电机驱动系统单开关管开路故障容错运行,并兼顾了双逆变器之间的功率平衡。仿真和实验验证了该容错控制策略能够实现开绕组PMCW电机驱动系统从开关管故障状态到容错运行的平滑、可靠切换。     

一种新型缺相永磁同步电机容错驱动系统

对矢量控制绕组开路式永磁同步电机驱动系统中一相绕组开路故障工况进行研究。采用电流矢量轨迹曲线诊断故障发生位置,通过桥臂冗余开关组合在线模拟开路相故障。引入60°坐标系统下固有开关冗余的电压空间矢量调制重构,提出矢量分解准则,在一个调制周期内逆变器-Ⅱ钳位于对应三角区域顶点的相同冗余开关状态,逆变器-Ⅰ进行电压矢量合成的控制策略,在不增加额外器件下实现驱动系统的缺相容错运行。基于MaxwellSimplorerMatlab三者的联合仿真实验验证了该容错方案能够实现驱动系统从开路故障状态到缺相容错运行的平滑、可靠切换,有效提高了系统的可靠性。     

开绕组永磁同步电机控制策略研究

随着我国能源结构的转型,新能源汽车迎来了快速发展.电机作为新能源汽车关键的一部分,对电动汽车行业的整体发展有着重要意义.采用共直流母线双逆变器拓扑结构的开绕组永磁同步电机作为一种新的电机驱动系统,系统共模电压抑制问题与容错控制一直是国内外学者研究的重点.本文以一台三相开绕组永磁同步电机为例,采用了一种可抑制共模电压的控...     

双绕组永磁容错电机的余度电驱动系统

提出一种基于双绕组永磁容错电机的余度电驱动系统,其电机本体采用转子磁钢离心式对称六相十极永磁容错电机,定子中包含两套相互独立的三相绕组。系统采用了基于矢量控制的热备份余度容错控制策略,同时采取故障诊断与余度通信策略。对基于双绕组永磁容错电机的余度电驱动系统进行了一相绕组断路和一相绕组短路故障态的仿真验证,并搭建了系统试验平台对其进行了试验验证。仿真和试验表明,当系统发生断路或短路故障后,电机输出性能仍可保持不变,实现了系统断路或短路故障容错,证明了电机设计的合理性及余度容错控制策略的正确性。     

三电平逆变器驱动双定子绕组PMSM系统容错控制

为了提高三电平逆变器驱动双定子绕组永磁同步电机(PMSM)系统的运行能力,设计了一种针对缺相故障和开关管开路故障的新型容错控制策略。新方案基于矢量空间解耦(VSD)控制实现了2套定子绕组的整体转矩控制。新方案可以实现优化目标下的缺相故障容错控制,如最小电流幅值方差。此外,针对开关管开路故障提出了基于VSD的补偿方案,即通过调整开关调制策略,实现了系统对称运行。新型容错控制方案还能抑制电流谐波和直流母线中点电压偏差。最后,PMSM容错试验结果验证了新型控制方案的有效性。     

电动汽车一体化驱动系统三相3H桥逆变器的故障相短接容错控制策略

具有车载型充电器的电动汽车拥有相互独立的电机驱动系统与电池充电装置,针对两套装置并不同时工作,成本高、重量大、占据空间资源较大等问题,提出了一种电动汽车驱动与充电一体化的新型拓扑结构,在牵引模式下该一体化拓扑的主要驱动模块等效于一个三相3H桥逆变器。研究该逆变器的电压空间矢量与消除共模电压的控制策略,分析开绕组PMSM在不同坐标系下的数学模型,给出逆变器发生桥臂开关管开路或者短路故障时将故障相短接的重构拓扑与容错控制策略,在转速、电流双闭环控制的基础上,设计"重复控制+PI"的电流内环控制方案,提出一种两相SVPWM控制策略,分析三相2H桥逆变器电压矢量状态切换过程,提出一种改进的七段式两相SVPWM控制策略。仿真和实验结果表明,如果三相3H桥逆变器发生短路故障,一体化系统通过逆变器的拓扑重构,能够实现PMSM系统的良好运行性能。     

永磁容错电机的直接转矩控制策略

针对六相永磁容错电机及其驱动拓扑的特点,深入研究永磁容错电机电压空间矢量的分布规律,确定其选择原则,并设计了永磁容错电机的磁链和转矩估计观测器。详细分析系统在正常态和故障态时综合电压空间矢量对磁链和电磁转矩的影响,确定开关电压矢量的扇区和选择表,从而建立了具有容错能力的直接转矩控制策略。通过对一套750W六相永磁容错电机及其控制系统进行绕组断路和短路故障实验,表明系统发生单相断路或者短路故障时,电机输出转速和有功功率基本不变,实现了容错控制,进而证明了该控制策略的正确性及可行性,这为应用于高可靠性航空用电动燃油泵系统奠定基础。     

开绕组永磁电机开路故障分析及容错控制

采用共直流母线拓扑结构的开绕组同步电机近些年受到了广泛关注,单相桥臂开路是该类电机最容易发生的故障之一,为了提高电机的容错运行能力,同时改善系统动态运行的稳定性,分析了缺相故障发生时,在电机仍能运行的情况下剩余两相电流的幅值及相位满足条件.根据开绕组永磁电机的拓扑结构,设计了以SPWM控制的两相驱动器,提出了一种新型容...     

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。     

十二相永磁电机驱动系统的容错控制策略

以采用多通道控制技术的十二相永磁推进系统为研究对象,研究基于分组控制的驱动系统容错控制方式。首先在建立dq坐标系下多相永磁同步电机多Y数学模型的基础上,分析容错模式时的电机转矩输出能力,并将矢量控制与分组控制结构相结合,以相绕组最大电流为约束条件建立驱动系统的容错控制策略,保证永磁同步电动机缺相时输出转矩的平稳性。最后,对十二相永磁电机驱动系统的断相故障状况进行仿真和实验,验证了采用基于多Y数学模型的分组控制策略,当某相出现故障时切除该相所在整套绕组及控制通道,更适用于对可靠性要求高的多相电机驱动系统。     

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。     

六相串联三相双永磁同步电机直接转矩控制的研究

为了进一步提高串联系统中电机转矩的控制性能,提出一种对称六相凸极式永磁同步电机串联三相凸极式永磁同步电机单逆变器供电的直接转矩控制策略。建立在自然坐标系下串联系统的数学模型,并利用正交变换矩阵转将机电能量转换变量和非机电能量转换变量变换到3个相互正交的αβ-xy-o1o2子空间中,采用电压矢量合成和单电压矢量相结合产生的方法产生新电压矢量,利用六相逆变器输出电压矢量实现对两台电机解耦独立控制。Matlab/simulink仿真验证表明,采用本文所提的控制策略后,系统中各台电机可以解耦独立运行。     

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。     

考虑零序电流抑制的开绕组永磁同步电机断相故障下统一调制策略

研究电机相绕组断路下的容错控制对于提升系统的可靠性至关重要,但传统的共直流母线开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)系统中的零序电流(ZSC)抑制策略在绕组断路故障下均不再适用。基于此,该文提出一种共直流母线OW-PMSM系统在绕组断相故障下的控制策略。通过建立同步坐标系下电流分量与静止坐标系下电流分量及零序电流之间的数学模型,分析同步坐标系下电流分量中的二倍频及四倍频分量与ZSC的关系,提出在同步坐标系下采用比例积分谐振控制器抑制ZSC的方法。此外,根据绕组断相故障下OW-PMSM系统电压矢量的分布规律,提出一种利用一组互相垂直的电压矢量进行统一调制来产生参考电压矢量的方案。因此,构建OWPMSM实验平台,对提出的断相故障下共直流母线OW-PMSM控制策略进行实验验证。     

多相永磁同步电机磁场解析建模与容错性能分析

为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力,基于傅里叶级数分析方法,在二维极坐标系下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空载、负载磁场解析计算模型,并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM,并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上,为了提高多相电机的容错能力,以最小等值相电流为优化目标,建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略,并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标,对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析,进一步提高电机驱动系统的可靠性。