多余度永磁同步电机及容错控制研究.pdf

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1、硕士学位论文多余度永磁同步电机及容错控制研究RESEARCHONREDUNDANTPMSMANDFAULT-TOLERANTCONTROL杨天红哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文多余度永磁同步电机及容错控制研究硕士研究生：杨天红导师：郝双晖教授申请学位：工学硕士学科：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM351U.D.C:621Dissertationf

2、ortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONREDUNDANTPMSMANDFAULT-TOLERANTCONTROLCandidate：YangTianhongSupervisor：Prof.HaoShuanghuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalDesignandTheoryAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：J

3、une,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本课题的目标是在满足“高功率、大扭矩”的前提下，设计一种用于风力发电机变桨系统的电机伺服系统。由于该电机伺服系统工作环境振动剧烈，有时还面临高盐、高湿的威胁，易于发生故障，且其故障会造成巨大的经济损失，因此要求该电机伺服系统具有高可靠性。通常可以从两个方面提升电机伺服系统的可靠性，一方面是提高电机本身的可靠性，另一方面是采用容错控制技术。综合各种容错电机和容错控制

4、技术的特点，本文开发了一种多余度永磁同步电机及其容错控制系统。首先研究了该多余度永磁同步电机伺服系统的基本原理，建立了多余度电机本体和容错控制系统的数学模型，并基于Matlab/Simulink对该多余度伺服系统的基本性能和容错性能仿真分析；为了使该多余度电机伺服系统能够及时切断故障余度，需要其具有故障诊断的能力，本文基于JMAG-Designer对多发的、不易诊断且易造成严重故障的定子绕组匝间短路进行研究，分析电机故障后下电气参数的变化；由于故障后系统特性参数变化，原有的PID控制器参数并不适用于新系统，本文采用粒子群优化

5、算法对PID控制器进行参数优化，仿真效果良好；然后对该多余度电机伺服系统进行可靠性分析，建立故障树模型，并分别建立传统电机伺服系统和多余度电机伺服系统的可靠性模型，同时建立各个薄弱环节的可靠度数学模型，计算两种系统的可靠度和MTBF；最后根据给定的技术参数，对该多余度永磁同步电机进行结构设计，同时规划了整个电机伺服系统的控制策略，设计了相应的硬件电路，并绘制出了硬件电路PCB板图。为了对论文中提出的理论进行验证，搭建了多余度电机伺服系统实验平台，进行了多余度电机实验和控制系统实验，实验结果证明：该电机基本的性能参数满足要求，

6、各余度的电气参数一致性较好，控制系统电流环和速度环的响应特性良好且能够实现多余度驱动，整个电机伺服系统具有良好的容错性能，满足设计要求。关键词：可靠性；多余度；永磁同步电机；容错控制；匝间短路；参数优化-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractUnderthepremiseofmeetingtherequirementsof"highpowerandlargetorque",themainpurposeofthispaperistodesignamotorservosystemforthepaddlesystemo

7、fwindturbines.Theworkingenvironmentofthemotorservosystemisabominableanditsvibrationisviolent.Sometimesitisalsothreatenedbyhighsalinityandhighhumidity.Themotorservosystemispronetofailure.Oncethewindturbinegeneratorfails,itwillcausehugeeconomiclosses.Asaresult,themot

8、orservosystemisrequiredtohavehighreliability.Ingeneral,thereliabilityofmotorservosystemcanbeimprovedformtworespects.Ontheonehand,it’stoimprovethe