无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制

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1、学校代码10459学号或申请201522202577密级专业硕士学位论文无刷直流电机驱动系统故障诊断与容错控制作者姓名：姬淼鑫导师姓名：白国长副教授专业学位名称：工程硕士培养院系：机械工程学院完成时间：2018年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterFaultDiagnosisandFaultTolerantControlofBrushlessDCMotorDriveSystemByMiaoxinJiSupervisor:Prof.GuochangBaiMechanicalEngineeringSchoolof

2、MechanicalEngineeringMay,2018学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学

3、位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要摘要钻井工艺对石油工业的发展起着关键作用。传统的螺杆钻具和地面驱动的电动钻具存在工作效率低，能耗大等缺陷。本文研制一种全新的完全不同于现在钻井技术的特殊钻井工艺，即遁甲钻井技术。遁甲钻井设备中所有环节一旦启动工作就不能更换，故对可靠性要求极高。电机作为遁甲技术中的钻井执行机构，其性能和可靠性直接决定能否钻到指定位置。采用高效的变频驱动

4、+高效的无刷直流电机是执行机构的最佳选择。逆变器中的功率半导体元器件及其控制电路是最易发生故障的薄弱环节。所以对遁甲电机中的逆变器故障诊断和容错后的工作性能研究很有必要。本文以遁甲钻井电机为对象，建立无刷直流电机的数学模型。针对无刷直流电机最易发生故障的逆变器环节，分析各种故障类型以及各故障状态下工作特性的变化，建立故障诊断表，并结合实际工程中的条件，对故障诊断表实现优化。在诊断出驱动系统发生故障后，对故障位置实现隔离并进行容错运行是关键环节。通过对故障相诊断后的容错研究，提出传统容错状态存在转矩脉动大的不足，并建立了基于准Z源网络三相四开关逆变器的容错拓扑结构。该拓扑根据换相时刻转子位置

5、信息，通过开关选择电路决定电源电压或者准Z源网络输出电压作为电机逆变器直流母线的输入电压，使准Z源直流变换器调整容错逆变器换相时刻的直流母线电压。从而有效抑制转矩脉动，并减小了电机的振动和噪声。最后文章运用matlab/simulink软件搭建无刷直流电机驱动系统故障状态和容错状态的仿真模型，并以TMS320F28335为主控芯片搭建了遁甲钻井电机驱动系统的实验平台，编写了遁甲钻井电机运行时的软件程序，对遁甲电机驱动系统的故障诊断和容错控制进行了仿真研究和实验验证。通过仿真与实验结果中相关参数波形的分析，验证了在容错状态下，准Z源网络三相四开关容错逆变器在抑制转矩脉动上的可行性和有效性。关

6、键词：无刷直流电机；故障诊断；准Z源网络；三相四开关；容错拓扑；转矩脉动IAbstractAbstractDrillingtechnologyplaysakeyroleinthedevelopmentofthepetroleumindustry.Traditionalscrewdrillingtoolsandground-drivenelectricdrillingtoolshavedefectssuchaslowworkefficiencyandlargeenergyconsumption.Thispaperprovidesaspecialdrillingtechnologywitchc

7、ompletelydifferentfromcurrentdrillingtechnology,anditwasnamedarmordrillingtechnology.Allpartsofthearmordrillingequipmentcannotbereplacedonceitisworked,sothereliabilityarerequiredextremelyhigh.Asthedrillingactuato