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飞机电动滑行用五相永磁同步电机集成驱动控制研究

飞机电动滑行用五相永磁同步电机集成驱动控制研究

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作者：孙永航哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

飞机地面电动滑行系统作为一种经济、高效、低碳、环保的飞机地面推动滑行模式，正处于发展的初期阶段，具有广阔的发展前景。五相永磁同步电机具有输出功率大、转矩密度高、可以容错运行等优点，作为飞机起落架机轮的驱动电机能够满足... 详细信息

飞机地面电动滑行系统作为一种经济、高效、低碳、环保的飞机地面推动滑行模式，正处于发展的初期阶段，具有广阔的发展前景。五相永磁同步电机具有输出功率大、转矩密度高、可以容错运行等优点，作为飞机起落架机轮的驱动电机能够满足飞机地面电动滑行的全部要求。本文以五相永磁同步电机(PMSM)为研究对象，基于SiCMOSFET的集成驱动平台，对应用于飞机地面电动滑行的五相永磁同步电机空间电压矢量脉宽调制算法(SVPWM)、恒转矩区的最大转矩电流比(MTPA)算法、高于基速时的弱磁控制算法相结合的矢量控制策略进行研究。　　首先，论文对基于五相SVPWM的五相永磁同步电机MTPA控制系统进行了研究。五相电压型逆变器会产生32个空间电压矢量，其中包括2个零矢量，10个小矢量，10个中矢量和10个大矢量，将三相逆变器常用的两矢量SVPWM直接扩展到五相中，直流母线电压利用率较高，但会产生较大的三次谐波，因此提出相邻四矢量的脉宽调制算法，在三次谐波空间中，该算法可以使各矢量相互抵消，从而抑制三次谐波，因此电流具有更好的正弦性。为了获得更好的电机性能，在额定转速内加入最大转矩电流比控制，在相同定子电流的基础上电机能够产生最大转矩，可以加强电机的带载能力。　　其次，电机需要较高转速以带动飞机电动滑行，对永磁同步电机的深度弱磁算法进行了研究。通过分析电机的电流限制圆和电压限制椭圆，电机弱磁过程需要反向增大d轴电流，并降低q轴电流以保证电机的稳定运行，对负直轴电流补偿弱磁算法进行研究，此方法虽然实现了转速的升高，但转矩下降过快，在电机速度达到一定值后便无法满足飞机滑行所需的牵引力要求。针对此问题，在电机深度弱磁区采用改进的最大转矩电压比(MTPV)的控制方法，使定子电流工作在最佳电流轨迹上，不仅使电机在升速的同时能够输出最大转矩，而且解决了传统MTPV控制中计算过于复杂的问题，使系统具有更高的实时性。　　最后，以五相内置式永磁同步电机为实验对象，搭建了集成化驱动实验平台，包括大功率SiCMOSFET组成的五相桥式逆变器、电流电压传感器、DSP+FPGA为主控芯片的控制板以及相关的驱动电路等，通过实验验证最大转矩电流比控制算法以及改进的MTPV弱磁控制算法的正确性。

关键词：五相永磁同步电机飞机电动滑行五相脉宽调制集成电机驱动

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五相永磁同步电机集成驱动矢量控制策略研究

五相永磁同步电机集成驱动矢量控制策略研究

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作者：冯朋朋哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电机驱动器的集成化设计是满足电动汽车高功率密度、高效率、低成本、高集成性的重要技术路线。五相永磁同步电机具有功率密度高、转矩波动小、适合低压大功率以及可容错运行的优点,在电动汽车的驱动系统中具有宽阔的应用前景。本文,基... 详细信息

电机驱动器的集成化设计是满足电动汽车高功率密度、高效率、低成本、高集成性的重要技术路线。五相永磁同步电机具有功率密度高、转矩波动小、适合低压大功率以及可容错运行的优点,在电动汽车的驱动系统中具有宽阔的应用前景。本文,基于SiC器件的集成驱动平台,考虑三次谐波的影响,对五相永磁同步电机单平面的二维电流闭环矢量控制、双平面的四维电流闭环控制以及单相开路故障模式下的矢量控制策略进行研究。论文首先对五相永磁同步电机的矢量控制策略进行研究,考虑到五相永磁同步电机驱动控制系统中多出了两个谐波分量的控制量,因此其控制策略也有两种不同的方式,单平面控制和双平面控制。为了解决单平面矢量控制中无法对三次谐波电流进行闭环控制的问题,本文对双平面的矢量脉宽调制（SVPWM）算法进行了研究,在基波子平面和谐波子平面内分别采用相邻四矢量的方法合成各自的参考矢量而互不干扰,并利用中心化的思想统一各矢量作用时间,既保证了输出的调制电压不变还减小了谐波成分,实现了双平面的矢量脉宽调制。其次,针对五相电机中最常见的单相开路故障,基于维持基波磁动势不变的原则,推导降阶后的旋转变换矩阵,得到单相开路故障模式下的五相电机容错解耦模型。并针对单相开路故障下,电机绕组中性点发生偏移,不易得到单相开路故障下的脉宽调制算法,利用计算得到的故障相的相反电势对静止坐标系下的uα1进行补偿,推导出适用单相开路故障的SVPWM算法,为了实现故障下的双平面调制,同样采用中心化思想统筹两个子空间的各矢量作用时间,实现了单相开路故障下的矢量脉宽调制。最后,搭建基于SiC器件的集成驱动实验平台,通过改进和完善集成驱动的结构,减小了寄生参数,获得了较好的SiC驱动性能。并基于DSP+FPGA的主控芯片,对单平面的相邻四矢量SVPWM算法、双平面的脉宽调制算法以及单相开路故障下的脉宽调制算法进行实验验证。

关键词：五相永磁同步电机集成电机驱动双平面调制单相开路容错控制

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