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开路及短路组合故障下容错型永磁磁通切换电机转矩冲量平衡控制策略的研究

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电工技术学报 2020年第9期35卷 1931-1944页

作者：顾惠王宇南京航空航天大学自动化学院南京211106

为了提高容错型永磁磁通切换(FTFSPM)电机驱动系统的可靠性,该文从定子磁链幅值恒定角度对电机绕组开路及短路组合故障进行分析。对绕组正常电流缺失及短路电流扰动进行磁链补偿,从而实现对电机的容错控制。然而转速的动态性能受到传统... 详细信息

为了提高容错型永磁磁通切换(FTFSPM)电机驱动系统的可靠性,该文从定子磁链幅值恒定角度对电机绕组开路及短路组合故障进行分析。对绕组正常电流缺失及短路电流扰动进行磁链补偿,从而实现对电机的容错控制。然而转速的动态性能受到传统直接转矩控制中转速环PI参数的影响,因此,该文提出基于转矩冲量平衡控制的直接转矩控制策略,利用动态过程前后转矩冲量值不变,推导系统发送前进矢量与后退矢量的作用时间,使得电机在组合故障容错后的转速动态性能达到最优。通过仿真和实验实现了电机在开路及短路组合故障下的转矩冲量平衡控制,并对不同组合故障下的动态响应进行比较,验证了所提算法的正确性与有效性。

关键词：容错型永磁磁通切换电机绕组开路及短路组合故障容错转矩冲量平衡控制

6/19容错型永磁磁通切换电机的短路故障容错控制

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电工技术学报 2016年第A2期31卷 219-227页

作者：耿亮王宇肖文妍南京航空航天大学自动化学院南京211100

短路故障是电机工作时会发生的故障之一。当电机发生短路故障后,由于正常相电流的缺失和短路电流的扰动作用,使得电机不对称运行,电机输出转矩和转速脉动加大。基于直接转矩控制的容错控制策略具有优越的动态性能,但没有对短路电流脉动... 详细信息

短路故障是电机工作时会发生的故障之一。当电机发生短路故障后,由于正常相电流的缺失和短路电流的扰动作用,使得电机不对称运行,电机输出转矩和转速脉动加大。基于直接转矩控制的容错控制策略具有优越的动态性能,但没有对短路电流脉动进行直接抑制。本文提出一种前馈补偿算法,通过对短路电流扰动转矩进行前馈补偿,削弱短路电流对电机输出转矩和转速的扰动。在6/19容错型永磁磁通切换电机实验平台上对所提容错控制算法进行了实验验证。

关键词：短路故障扰动转矩前馈补偿容错型永磁磁通切换电机

开路及短路故障下容错型永磁磁通切换电机转矩冲量平衡控制技术

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开路及短路故障下容错型永磁磁通切换电机转矩冲量平衡控制技术

作者：顾惠南京航空航天大学

学位级别：硕士

多齿容错型永磁磁通切换电机具有转子结构简单坚固、功率密度高、容错性能好、可靠性强等优点,同时采用多齿定转子结构可以提高电磁转矩能力,增加气隙磁导和绕组自感,使得电机具有较强的抑制短路电流能力,从而满足全电/多电飞机电力作... 详细信息

多齿容错型永磁磁通切换电机具有转子结构简单坚固、功率密度高、容错性能好、可靠性强等优点,同时采用多齿定转子结构可以提高电磁转矩能力,增加气隙磁导和绕组自感,使得电机具有较强的抑制短路电流能力,从而满足全电/多电飞机电力作动系统的可靠性与容错性的特殊要求。本文重点对该电机的容错控制算法进行研究。提出不同短路故障下的转矩冲量平衡控制策略。在基于矢量控制、直接转矩控制以及模型预测控制的容错控制算法中,电机转速均受到PI调节器的影响,导致动态调节时间较长。当电机处于稳态时,所提算法对空间电压矢量进行重构,同时针对短路电流引起的扰动转矩进行前馈补偿,从而实现不同短路故障下的稳定运行;当电机处于动态时,通过对短路故障下转矩冲量平衡方程进行推导,得出不同短路故障下所需发送前进矢量和零矢量的切换时刻,实现不同短路故障下动态过程的一次调节。通过分析空间电压矢量缺失和短路电流产生的扰动转矩对电磁转矩调节能力的影响,比较得出了不同短路故障下实现转矩冲量平衡控制动态调节时间的一般规律。提出开路与短路组合故障下的转矩冲量平衡控制策略。当电机处于稳态时,从维持定子磁链幅值恒定角度出发,对电机的组合故障进行静态特性分析,针对绕组正常电流缺失及短路电流扰动进行磁链补偿,同时对短路电流扰动转矩进行补偿,从而实现电机在故障状态下的稳定运行。当电机处于动态时,利用动态过程前后转矩冲量平衡,建立了组合故障下的转矩冲量平衡方程,实现了电机在m相开路与n相短路组合故障下动态性能的提升。横向比较了不同组合故障下采用转矩冲量平衡控制策略动态性能的差异。通过分析比较不同的空间电压矢量以及磁链和扰动转矩补偿差异对电机转矩角调节能力的影响,比较得出了在不同开路与短路组合故障下,系统采用转矩冲量平衡控制进行动态调节时间长短的一般规律。此外,对M*N相故障下统一转矩冲量平衡控制策略进行了研究。建立了该电机在绕组不同开路、短路和组合故障下的转矩冲量平衡控制统一模型;通过对n相电机（n＞6）组合故障进行动静态特性分析,推广得出了M相开路与N相短路组合故障下的转矩冲量平衡控制统一模型,从而实现n相电机在组合故障下动态过程的快速调节。最后,搭建了6/19容错型永磁磁通切换电机驱动系统的实验平台,对该电机在单相及多相短路故障、开路与短路组合故障下的控制算法分别进行实验对比,验证了所提算法的正确性与有效性。

关键词：容错型永磁磁通切换电机短路故障开路与短路组合故障转矩冲量平衡控制策略动态性能

磁通切换电机单相及多相开路情况下转矩冲量平衡控制策略研究

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中国电机工程学报 2018年第16期38卷 4873-4885页

作者：肖文妍王宇耿亮王子禹张源南京航空航天大学自动化学院

容错型永磁磁通切换电机（fault tolerant flux switching permanent magnet motor,FTFSPM）转矩密度高、可靠性强,适用于全电/多电飞机系统。近年来,FTFSPM的动态性能优化及故障下容错控制成为研究热点。研究了一种转矩冲量平衡控制策... 详细信息

容错型永磁磁通切换电机（fault tolerant flux switching permanent magnet motor,FTFSPM）转矩密度高、可靠性强,适用于全电/多电飞机系统。近年来,FTFSPM的动态性能优化及故障下容错控制成为研究热点。研究了一种转矩冲量平衡控制策略,比较了不同开路故障下动态响应的异同。该控制方式下负载突加过程唯一确定,一次电磁转矩的增减不受PI参数的影响,提高了转速的动态性能;但电磁转矩变化率决定了动态响应的快慢。电机发生开路故障时,相电压合成的空间电压矢量缺失,对电磁转矩的改变能力减弱。负载变化前后电机转速不变,结合电机运动方程,估算出不同开路故障下动态调节时间。通过实验对转矩冲量平衡控制进行验证,并比较了不同开路故障下动态响应,验证了所提出算法以及推论的有效性和正确性。

关键词：容错型永磁磁通切换电机直接转矩控制策略转矩冲量平衡控制策略开路故障