永磁容错电机最优转矩控制策略的研究

论文摘要

电力作动器是全电飞机最重要的特征之一。采用电力作动器和功率电传技术,减小或取消集中式的液压系统,可以使飞机的可靠性和维修性大大提高,重量大大降低。目前电力作动系统中普遍采用的是余度技术。永磁容错电机与双余度无刷直流电机相比,前者具有绕组利用率高,体积小、重量轻的优势,且有容错和故障隔离能力,不存在电流均衡问题,是电力作动器中执行电机的有力竞争者。本文开始对永磁容错电机的故障容错和隔离特性进行了分析,并推导了该电机的数学模型。然后提出了永磁容错电机最优转矩控制系统,分析了最优转矩控制策略的原理,给出了绕组断路和端部短路故障诊断方法。该控制系统外环为转速环,采用PI控制器;内环为电流环,采用了一种优化占空比的数字电流滞环调制方法。此外,对该控制系统进行了MATLAB/Simulink建模和仿真研究。本文设计了一套六相永磁容错电机全数字化最优转矩控制系统。硬件平台以数字信号处理器TMS320LF2407为控制核心,CPLD-M4A5 128/64为故障综合单元,智能功率模块（IPM）为主功率单元。软件设计采用汇编语言,实现了故障诊断处理、最优转矩控制算法和数字电流滞环等控制程序。然后对软硬件进行了系统联调。通过试验,该系统实现了如下性能:在给定转速2000r/min,负载转矩1N·m时,一相绕组发生断路或端部短路故障时输出转矩转速性能较正常时基本不变。试验验证了最优转矩控制策略的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电力作动系统发展概况
• 1.2 电力作动器方案选择
• 1.3 永磁容错电机国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容及意义
• 1.4.1 课题目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 论文主体结构
• 第二章 永磁容错电机及数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 电机相数、极对数选择
• 2.3 永磁容错电机特点
• 2.4 永磁容错电机数学模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 永磁容错电机最优转矩控制策略
• 3.1 引言
• 3.2 最优转矩控制算法
• 3.2.1 各相正常时
• 3.2.2 一相绕组故障时
• 3.3 故障诊断分析
• 3.3.1 H 桥逆变器电气故障分类
• 3.3.2 H 桥逆变器电路故障分析
• 3.3.3 绕组断路故障诊断
• 3.3.4 绕组短路故障诊断
• 3.4 数字电流滞环调制
• 3.4.1 传统数字滞环脉动分析
• 3.4.2 优化占空比的数字滞环分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 永磁容错电机最优转矩控制系统仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 最优转矩控制系统建模
• 4.2.1 六相十极永磁容错电机模型
• 4.2.2 最优转矩控制算法模型
• 4.2.3 绕组故障诊断模型
• 4.2.4 数字电流滞环跟踪模型
• 4.3 最优转矩控制系统仿真研究
• 4.3.1 一相断路时最优转矩控制算法仿真
• 4.3.2 一相短路时最优转矩控制算法仿真
• 4.3.3 占空比对输出性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 最优转矩控制系统实验验证
• 5.1 实验条件
• 5.2 一相绕组断路故障实验验证
• 5.3 一相绕组短路故障实验验证
• 5.4 数字滞环占空比对输出性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 永磁容错电机全数字最优转矩控制系统
• 6.1 引言
• 6.2 基于TMS320LF2407 DSP 全数字控制系统硬件设计
• 6.2.1 DSP 最小系统
• 6.2.2 主功率电路
• 6.2.3 CPLD 故障综合与保护电路
• 6.2.4 位置信号检测电路
• 6.2.5 电流采样电路
• 6.2.6 DA 显示电路
• 6.2.7 硬件抗干扰措施
• 6.3 最优转矩控制系统软件设计
• 6.3.1 软件总体设计
• 6.3.2 数据定标
• 6.3.3 故障诊断软件实现
• 6.3.4 最优转矩控制算法软件实现
• 6.3.5 位置和速度计算
• 6.3.6 数字PI 软件实现
• 6.3.7 数字电流滞环软件实现
• 6.3.8 软件设计中需要注意的问题
• 6.3.9 软件时间开销分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文主要研究工作总结
• 7.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 攻读硕士期间获得的荣誉
• 附录