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双绕组永磁同步电机控制策略研究

双绕组永磁同步电机控制策略研究

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作者：罗晓北京交通大学

学位级别：硕士

电机驱动系统的可靠性对光伏无人飞行器(UVA)的稳定持续飞行至关重要,而普通的三相电机驱动,在发生故障时难以继续工作,因此本文研究了采用具有冗余结构的双绕组永磁同步电机(PMSM)驱动系统,不仅能够提高系统的可靠性,而且还可以根据光... 详细信息

电机驱动系统的可靠性对光伏无人飞行器(UVA)的稳定持续飞行至关重要,而普通的三相电机驱动,在发生故障时难以继续工作,因此本文研究了采用具有冗余结构的双绕组永磁同步电机(PMSM)驱动系统,不仅能够提高系统的可靠性,而且还可以根据光伏发电量的差异进行功率和转矩的分配,提高能量利用率。考虑到无人飞行器工作需求和环境的复杂性,针对驱动系统的可靠性与稳定性,重点研究了双绕组PMSM的矢量控制、无位置传感器控制和容错控制。针对双绕组PMSM的矢量控制,本文采用了基于双dq坐标变换的矢量控制策略,将双绕组PMSM视为两套三相子绕组的组合,建立双dq坐标系下的数学模型。两套绕组在控制上相互独立,但是共同承担负载转矩与功率,每一套绕组都配备各自的逆变器与控制器,共同构成双冗余控制系统,通过对两套绕组分别采用三相电机的矢量控制,实现对双绕组PMSM转速与转矩的控制。仿真和实验表明,矢量控制能够实现电机的全速度范围稳定运行。为了实现双绕组PMSM在全速度范围内无位置传感器控制,本文研究了模型参考自适应(MRAS)算法与IF控制算法相结合的复合控制策略。在零低速范围内,利用IF控制算法完成对电机的启动,并实现对电机的带载稳定运行。在中高速范围内,利用MRAS算法实现对电机转速和转子位置角的辨识,实现电机在中高速范围的稳定运行。为了使两种算法能够平滑切换,研究了两种算法的切换策略,确保在切换前后电机的运行状态不发生突变。仿真和实验表明,复合无位置控制算法能够实现电机在全速度范围内的稳定控制。为了提高双绕组PMSM的故障运行能力,重点研究了两相四开关的容错控制策略,当电机发生缺相时,将故障套绕组中性点与直流侧电容中点相连,同时采用四开关调制策略,实现了单套绕组的容错运行。针对单套绕组故障运行出现的剩余相电流幅值增加较大的问题,充分利用两套绕组的双冗余结构,对故障绕组和正常绕组重新进行转矩分配,有效的降低了故障绕组的电流,最终使剩余相电流幅值趋于平衡。对容错控制算法进行仿真,表明所提出的容错控制策略能够实现双绕组PMSM在断相故障时的稳定运行,完成故障情况下转速和转矩的控制。

关键词：双绕组永磁同步电机双dq坐标变换模型参考自适应容错控制两相四开关调制

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