容错型永磁磁通切换电机的转矩冲量平衡控制研究

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1、中图分类号：TM351论文编号：102870318-SX117学科分类号：080800硕士学位论文容错型永磁磁通切换电机的转矩冲量平衡控制研究研究生姓名肖文妍学科、专业电气工程研究方向容错电机控制指导教师王宇副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonTorqueImpulseBalanceControlMethodofFaultTolerantFl

2、uxSwitchingPermanentMagnetmachineAThesisinElectricalEngineeringbyXiaoWenyanAdvisedbyProf.WangYuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或

3、其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要全电飞机使用电力作动器取代传统飞机中的液压、气压和机械传动机构，对电力作动系统提出了功率密度高、可靠性高和容错能力强的要求。永磁磁通切换电机的永磁体位于定子上，不可逆退磁风险小，永磁体散热性能好，其空载反电势的正弦度好，转矩密度高，适合用作全电飞机的电力作动系统。本文致力于研究容错型永磁磁通切换电机的调速控

4、制方法。提出转矩冲量平衡控制策略，针对矢量控制和直接转矩控制受PI参数影响，动态响应慢的特点进行优化。本文分别对电机转速突变和转矩突变情况下转速和转矩的波形进行研究，基于转矩冲量平衡控制推导出动态过程中转速和转矩的理想波形，系统仅通过一次升速和一次降速就可以达到稳态，得到空间电压矢量的发送方式即最优的矢量组合方式。实现了动态过程中转速的快速跟踪，优化了电机系统动态性能。研究转矩冲量平衡控制策略在电机不同故障时动态性能的差异。在电机开路故障情况下，故障相端电压为零，导致健康相合成的空间电压矢量缺失。基于转矩冲量平衡控制思想，动态过程中电磁转矩上升的快慢决定了动态

5、响应时间，而电磁转矩上升的斜率又受到空间电压矢量的影响，即不同故障情况下电机动态性能也有差异。通过对故障后空间电压矢量表的构建以及转矩冲量表达式的分析，定量得到不同故障情况下动态响应时间的长短。故障情况下，健康相合成电压矢量长度越短，对电磁转矩的改变能力越弱，系统动态响应时间越长。推广到一般情况，空间电压矢量的长度越长，对电磁转矩的改变能力越强；反之，改变能力越弱。建立了功率变换器对电机系统转矩改变能力的一般规律。将转矩冲量平衡控制的方法推广到交流电机调速领域。介绍了永磁同步电机、无刷直流电机以及异步电机的数学模型，结合其数学模型推导出转矩冲量平衡表达式，建立

6、了基于转矩冲量平衡控制策略的系统框图。通过仿真模型的搭建，验证了转矩冲量平衡控制策略优化动态性能的有效性。为进一步建立基于转矩冲量平衡控制的交流电机调速方法奠定了基础。最后，本文搭建了6/19容错型永磁磁通切换电机实验平台，设计了基于DSP的数字控制系统、六相H桥功率变换器，编写了基于矢量控制、直接转矩控制以及转矩冲量平衡控制的程序。通过对比实验验证了该控制策略的有效性和可行性。关键词：永磁磁通切换电机，矢量控制，直接转矩控制，转矩冲量控制，非线性控制，容错控制I容错型永磁磁通切换电机的转矩冲量平衡控制研究ABSTRACTTheelectricdrivings

7、ystemofall-electric/more-electricaircraftisrequiredtodeliverhighpowerdensity,highreliabilityandfaulttoleranceability.Fluxswitchingpermanentmagnetmotorhaslowriskofirreversibledemagnetization,goodheatdissipationperformanceofpermanentmagnet,highsinusoidalbackEMF,whichmakeitsuitablefort

8、hewholeelectricdriv