五相永磁同步電機系統(tǒng)故障診斷與容錯控制技術研究.pdf

1、本文以五相PMSM驅動控制系統(tǒng)為研究對象，對電機數(shù)學模型的建立、五相逆變器脈寬調制方法的實現(xiàn)、電機匝間短路故障模型的建立、五相逆變器開路故障的診斷及容錯控制運行性能的研究等都進行了深入分析。
　　首先，建立五相電機數(shù)學模型，分析五相逆變器矢量控制方案及脈寬調制技術。文中以ITH-MMF五相PMSM為例，分析定子電感矩陣和磁鏈方程的求解過程及電機在自然坐標系下的數(shù)學模型，建立五相系統(tǒng)的坐標變換矩陣，推導電機在旋轉坐標系下的數(shù)學模型；

2、探討五相PMSM的矢量控制方案，對最大兩矢量和最近四矢量兩種脈寬調制算法進行理論分析和仿真驗證，可得最近四矢量SVPWM算法下電機輸出的相電壓諧波含量更小，相電流更加接近正弦波。
　　其次，研究電機的匝間短路和逆變器開路故障。針對Sin-MMF五相PMSM，對發(fā)生匝間短路的故障相引入故障因子，推導電機匝間短路故障參數(shù)模型，搭建電機匝間短路故障仿真模型，仿真表明電機輸出端的定子電流與發(fā)生匝間短路故障的匝數(shù)存在正比關系；提出兩種五相逆

3、變器開路故障診斷算法：算法一利用改進平均電流法得到逆變器單管開路和不同相兩管開路的故障定位表。算法二對電流進行歸一化處理，解決了平均電流法在負載突變時易出現(xiàn)誤診斷的問題，利用三次諧波子空間故障電流的相位角實現(xiàn)開關管單管開路故障診斷。
　　然后，探討五相PMSM發(fā)生缺相故障后的容錯運行機理。引入鏡像對稱原理得到正弦電流鏡像關系式，減少容錯電流未知變量求解個數(shù)，增加控制系統(tǒng)求解速度，降低電機病態(tài)運行時間。以零轉矩脈動、零中性線電流和定

4、子銅耗最小為約束條件，分析電機在一相缺相、不相鄰兩相缺相和相鄰兩相缺相三種故障狀態(tài)下輸出的有功和無功功率，得到電機在故障狀態(tài)下保持低轉矩脈動和較高輸出力矩的最優(yōu)容錯電流解，并用Ansoft進行仿真驗證。
　　最后，以英飛凌32位微控制器TC1767為核心，搭建五相PMSM驅動控制系統(tǒng)實驗平臺，對本文算法進行實驗驗證，結果表明：利用最近四矢量SVPWM算法調制控制時電機輸出的相電壓諧波含量更小，降低電機損耗；本文所提出的改進平均電流