多相感应电机容错运行及无速度传感器控制策略研究

作     者：李永岗 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：耿乙文

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：多相感应电机 缺相运行 容错控制 准PR调节器 无速度传感器 

摘      要：由于能够实现低压大功率、高可靠性、高控制灵活度,多相电机在交流传动领域得到了越来越多的应用。本文以非对称式六相感应电机为例,对其容错控制策略与无速度传感器技术进行了研究。分析了多相电机的绕组结构及其谐波特点,推导了电机在自然坐标系下的数学模型,通过空间矢量解耦变换,建立了谐波基下的数学模型,根据不同的中线连接方式,推导了电机单相开路后的空间解耦变换矩阵,在此基础上,建立了多相感应电机统一断路故障数学模型,分析了缺相后的转矩脉动情况。为了实现多相感应电机容错运行,从三个方面研究了多相感应电机的容错控制策略:(1)基于最优电流控制的思想,依据定子总磁势不变原则,按照不同的优化目标,计算出剩余有效相电流的幅值和相位,同时为了避免滞环控制的缺点,电流环采用比例谐振控制,实现相坐标系的无静差跟踪控制;(2)根据缺相后的α-β子平面数学模型,按照磁场定向控制的原理,推导出缺相后dq坐标系下的数学模型,并按照转子磁链定向,实现定子电流励磁分量和转矩分量的解耦,通过修正后的旋转变换,实现多相感应电机缺相后的磁场定向控制;(3)根据直接转矩控制的原理,分析了电机单相开路后电压矢量的变化情况,选取缺相后最外层的大电压矢量来实现转矩和定子磁链的动态控制,为了避免转矩脉动过大以及开关频率不固定的问题,计算磁链变化量来得到参考电压矢量,通过载波调制策略获得驱动信号脉冲。在多相感应电机基波平面内,建立了基于滑模原理的观测器,推导了磁链和转速辨识过程,利用饱和函数代替符号函数减小了系统抖振。分析了观测器对参数和负载扰动的鲁棒性,通过对故障状态下滑模观测器的修正,使其能够满足多相感应电机的缺相运行,提高了系统的鲁棒性和可靠性。搭建了多相感应电机控制系统硬件实验平台,通过仿真与实验验证了本文所提出多相感应电机容错控制策略与无速度传感器控制技术的正确性和有效性。