基于虚拟方波注入的五相永磁同步电机开路故障下直接转矩控制

在传统直接转矩控制(DTC)中,参考磁链往往是一个固定值,这将导致五相永磁同步电机(PMSM)在正常及容错情况下运行时效率不高。为解决该问题,该文提出一种基于虚拟方波注入的DTC(VSWI-DTC)策略。首先,建立五相PMSM在正常和开路故障情况下的数学模型,在同步旋转坐标系中推导出恒定转矩下电流幅值与定子磁链幅值的关系。其次,设计最优定子磁链探测器。通过向定子磁链幅值中注入虚拟方波信号,根据电流幅值的变化情况补偿定子磁链幅值,在线探寻最优定子磁链幅值。最后,与无差拍DTC相结合,实现电机高效率DTC运行。实验结果表明,所提策略不但能保持DTC良好的动态性能,抑制开路故障引起的转矩脉动,而且提高了电机在正常和开路故障情况下的效率。

基于自然容错开关表的五相永磁同步电机直接转矩控制

五相永磁同步电机(permanent-magnetsynchronous motor,PMSM)传统直接转矩控制(direct torque control,DTC)存在相电流畸变严重、共模电压(common-modevoltage,CMV)高、转矩和磁链脉动大等问题,且无法实现相开路故障情况下的无扰运行。为解决上述问题,提出一种基于自然容错开关表的DTC策略。该策略根据PMSM开路故障前后基电压矢量的特点以及三次平面合成电压矢量为零的原则,构建虚拟矢量(virtual vector,VV),设计故障前后同一套自然容错开关表,进而不但抑制了故障导致的转矩脉动,而且在故障前后均能降低三次谐波电流、减小转矩和磁链脉动、抑制CMV。实验结果验证所提策略的可行性。

双三相同步磁阻电机单相开路故障下的容错控制策略

双三相同步磁阻电机(dual three-phase synchronous reluctance motor,DTP-SynRM)转子不含永磁体,没有高温退磁风险,成本较低,且由于其系统自由度高、冗余性强,因此具有较好的容错性能。开路故障是双三相同步磁阻电机系统中最常见的故障类型之一,该文针对一种两套三相绕组中性点相互独立的双三相同步磁阻电机单相开路故障,建立DTP-SynRM矢量空间解耦模型,实现对电压、电流和磁链方程的完全解耦。在开路故障状态下仍将其视为一个正常的双三相电机,分析故障状态对电机的电流约束和信号传递的影响,并指出在开路故障下z2轴电流与β轴电流不再独立,电机由正常运行时的四阶系统降阶为三阶系统,而由于开路故障导致的电压信号传递不准确则会在dq坐标系中引入二次谐波电流,并产生二次和四次转矩波动。该文提出一种同时考虑电流约束和信号传递误差的故障容错方法,电机处于三闭环运行状态,补偿电压信号传递误差,抑制开路故障时电机的转矩波动并降低电流谐波。搭建实验平台进行实验,验证所提容错方法的有效性和可行性。

基于相空间重构和模糊聚类的永磁同步电机直接转矩控制系统逆变器故障诊断

提出一种基于相空间重构技术(RPS)的逆变器故障诊断方法,适用于永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统中最常见的三种逆变器故障:单个功率开关短路、开路与一相桥臂开路故障的诊断。采用相空间重构理论,通过合理设计参数,仅需分析逆变器正常与不同故障状态下一相电流的轨迹特征,便可得到表征系统故障特征的不同形状、直观的轨迹图形。再通过采用一种聚类验证准则确定出模糊C均值算法中的合适聚类数,基于此准则设计了一个模糊C均值聚类算法。最后通过对PMSMDTC系统逆变器不同运行状态下的重构电流轨迹及其模糊C均值聚类测试结果,说明了所提出方法对逆变器故障诊断的有效性。

矩阵变换器直接转矩控制系统的电网故障跨越能力

矩阵变换器由于其自身结构的特殊性,易受输入侧电源异常的影响。针对电网对地短路的情况,建立电网故障下的系统等效数学模型。提出一种新的开关控制策略,通过分时赋值9组双向开关的控制信号来确保矩阵变换器安全度过电网故障期。利用Matlab/Simulink来模拟矩阵变换器直接转矩控制系统在电网正常和电网故障情况下的工作状态,编写基于C语言的DSP程序和VHDL语言的FPGA程序来实现提出的控制策略。最后,设计出一套高度集成的矩阵变换器实验装置,通过实验平台验证提出的开关控制策略。仿真和实验结果表明了所提控制策略的正确性,验证了设计的矩阵变换器直接转矩控制硬件和软件系统具有电网故障跨越的能力。

基于虚拟定子磁链的五相圆筒永磁电机两相开路故障容错直接推力控制

为实现五相圆筒永磁电机(tubular permanent-magnet motor,TPMM)在任意两相开路故障情况下的平稳运行,该文提出一种基于虚拟定子磁链的容错直接推力控制(fault-tolerant direct thrust-force control,FT-DTFC)策略。在两相静止坐标系中提出虚拟定子磁链,结合由最优容错电流推导出的降阶正交变换矩阵,求出补偿电压。采用该电压在两相静止坐标系上消除任意两相开路故障的TPMM模型的不对称性,进而实现定子磁链和电流矢量在两相静止坐标系上的圆形轨迹。最后,在传统直接推力控制基础上构建FT-DTFC控制器。仿真和实验结果表明所提出的容错策略能使TPMM在任意两相开路故障情况下具有平滑的推力和优良的动态性能。

一种具有故障诊断功能的直接转矩控制系统

设计了一种具有故障诊断功能的交流异步电机直接转矩控制系统 .介绍了以TMS32 0F2 4 0型数字信号处理器DSP(digitalsignalprocessor)为核心的控制系统的设计方案和软硬件的实现方法 .该系统对电机控制中较常见的故障状态具有有效的排查能力 .

基于dSPACE的感应电动机直接转矩控制故障分析

dSPACE半实物仿真实现了与Matlab/Simulink的完全无缝连接,可以方便地实现代码的生成、下载和调试。基于dSPACE平台,搭建了感应电动机的直接转矩控制系统,并在此基础上对电机故障运行作了分析研究。

开路及短路组合故障下容错型永磁磁通切换电机转矩冲量平衡控制策略的研究

为了提高容错型永磁磁通切换(FTFSPM)电机驱动系统的可靠性,该文从定子磁链幅值恒定角度对电机绕组开路及短路组合故障进行分析。对绕组正常电流缺失及短路电流扰动进行磁链补偿,从而实现对电机的容错控制。然而转速的动态性能受到传统直接转矩控制中转速环PI参数的影响,因此,该文提出基于转矩冲量平衡控制的直接转矩控制策略,利用动态过程前后转矩冲量值不变,推导系统发送前进矢量与后退矢量的作用时间,使得电机在组合故障容错后的转速动态性能达到最优。通过仿真和实验实现了电机在开路及短路组合故障下的转矩冲量平衡控制,并对不同组合故障下的动态响应进行比较,验证了所提算法的正确性与有效性。

基于虚拟变量的六相永磁同步电机缺任意两相容错型直接转矩控制

为了进一步提高六相永磁同步电机驱动系统的可靠性,该文针对偏置60°六相对称绕组永磁同步电机提出一种缺任意两相容错型直接转矩控制策略。从控制圆形磁链角度,定义虚拟磁链及虚拟电流,并基于此,推导出任意两相开路时虚拟定子磁链和电磁转矩之间的关系式。利用剩余4相逆变器输出电压矢量,同时实现电磁转矩、虚拟定子磁链和零序电流直接控制。实验结果表明,采用所提控制策略,两相开路直接转矩控制驱动系统运行平稳,转矩和转速动态响应迅速。

基于直接转矩控制技术的异步电机驱动系统两种容错方案研究

对采用直接转矩控制技术的异步电机驱动系统进行了两种容错方案研究。对功率开关无驱动故障容错后 ,方案 1系统重构为四开关两相运行系统 ,方案 2系统重构为四开关三相运行系统。研究了四开关系统中磁链和转矩的观测方法 ,分析了仅有的 4个有效电压矢量对磁链和转矩变化所产生的影响 ,提出了四开关系统直接转矩控制中磁链和转矩的控制方案。对两种容错方案的特点进行了分析比较。仿真与实验结果证明了两种容错方案的有效性。

基于新型开关表的五相永磁同步电机容错直接转矩控制

针对五相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)开路故障导致转矩脉动大的问题,提出一种基于新型开关表的容错直接转矩控制(direct torque control,DTC)策略。首先,修正定子磁链以保持开路故障前后定子磁链矢量在两相静止坐标系中具有相同的圆形轨迹。其次,根据故障情况下电压矢量特点,设计新型开关表,确保该开关表同时适用于正常和开路故障情况的DTC运行。该容错DTC策略不但抑制正常和故障情况下的三次电流谐波,避免故障后控制系统的重构,而且抑制开路故障导致的转矩脉动,实现PMSM在开路故障情况下的平稳运行。仿真和实验结果验证所提容错DTC策略的有效性。

永磁同步电动机直接转矩控制系统的研制

对永磁同步电动机直接转矩控制运行机理进行了研究。在此基础上开发了一套基于TMS320LF2407的永磁同步电动机直接转矩控制交流调速系统。实验验证了该策略可用于永磁同步电动机控制,实验还表明永磁同步电动机直接转矩控制具有优良的转矩快速动态响应特性和对系统参数摄动、外干扰具有很强的鲁棒性等优点。实验系统安全可靠运行表明该调速系统具有优良的故障检测和保护功能,硬件设计思想合理。

双余度永磁容错电机的直接转矩控制策略研究

本文针对航空用电力推进系统的高可靠性要求,提出了双余度永磁容错电机驱动系统的拓扑结构。将功率管开路、短路和电机绕组短路故障转化为电机绕组开路故障,进而为系统的容错控制提供了便利。通过深入研究三相永磁容错电机正常态和一相开路故障态时电压空间矢量的分布规律,设计了一种具有容错能力的永磁容错电机直接转矩控制策略。Matlab仿真结果表明,当发生一相开路故障时,系统输出转速和转矩基本不变,从而验证了本文研究的直接转矩控制策略的可行性。

基于DSP的永磁同步电动机直接转矩控制研究

分析了永磁同步电机直接转矩控制的运行机理,提出了基于智能功率模块IPM的保护方案以及定子电流过流检测与保护方案,开发了一套基于TMS320F240的永磁同步电机直接转矩控制调速系统。实验表明,该系统具有优良的转矩快速动态响应特性,对系统参数摄动和对外干扰具有很强的鲁棒性。实验系统安全可靠运行表明该调速系统具有优良的故障检测和保护功能,硬件设计思想合理。

双三相永磁同步电机缺相容错运行虚拟矢量间接修正方法及其在直接转矩控制中应用

正常双三相电机直接转矩控制运行需要对基本电压矢量进行修正,采用修正后的虚拟矢量进行直接转矩控制可以抑制谐波电流。双三相电机缺一相故障直接转矩控制时,需要对电压矢量重新进行修正。该文给出了双三相电机缺一相故障情况下的电压矢量分布,提出一种双三相电机缺一相运行时虚拟矢量的间接修正方法,并且使虚拟矢量的幅值达到最大。构建双三相电机缺一相容错直接转矩控制策略,其定子磁链分区和开关表的选取规则与双三相电机正常运行时一致,其差别只是缺一相运行时十二个虚拟矢量的幅值有所减少,因此比较易于实现。实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。

磁通切换电机单相及多相开路情况下转矩冲量平衡控制策略研究

容错型永磁磁通切换电机（fault tolerant flux switching permanent magnet motor,FTFSPM）转矩密度高、可靠性强,适用于全电/多电飞机系统。近年来,FTFSPM的动态性能优化及故障下容错控制成为研究热点。研究了一种转矩冲量平衡控制策略,比较了不同开路故障下动态响应的异同。该控制方式下负载突加过程唯一确定,一次电磁转矩的增减不受PI参数的影响,提高了转速的动态性能;但电磁转矩变化率决定了动态响应的快慢。电机发生开路故障时,相电压合成的空间电压矢量缺失,对电磁转矩的改变能力减弱。负载变化前后电机转速不变,结合电机运动方程,估算出不同开路故障下动态调节时间。通过实验对转矩冲量平衡控制进行验证,并比较了不同开路故障下动态响应,验证了所提出算法以及推论的有效性和正确性。

基于最优转矩控制六相永磁容错电机故障补救策略的仿真研究

为了满足航空电力作动系统高可靠性的要求,介绍了一种六相永磁容错电机驱动系统的拓扑结构。在介绍其结构特点的基础上,分析驱动电路电气故障,通过电路等效原理将功率管开路、短路和电机绕组短路故障转化为电机绕组开路故障,最后根据功率守恒原则,提出了基于最优转矩控制的故障补救策略,旨在当电机发生开路故障时,能够产生同正常运行时相同的输出转矩,以及最小的转矩脉动和铜耗。Matlab仿真结果表明当电机发生一相或两相开路故障时,系统输出转矩基本不变,从而验证了研究的最优转矩控制策略的可行性。

双绕组三相永磁容错电机直接转矩控制

为了提高电力推进系统的可靠性,提出了双绕组三相永磁容错电机的结构,建立了该电机的解耦控制数学模型并说明电机在有、无故障条件下的直接转矩控制算法。在有一个或两个乃至三个绕组发生开路故障后,通过适当增大无故障绕组的电流,系统仍然能够输出无故障时的电磁转矩额,而且转矩脉动也无明显增加。

共母线开绕组永磁同步电机缺相容错型直接转矩控制

为了进一步提升共母线开绕组永磁同步电机系统在一相开路故障情况下的运行性能,提出一种基于改进空间矢量调制的缺相容错型直接转矩控制策略。首先,分析共母线开绕组永磁同步电机直接转矩控制系统无故障和一相开路时运行机理上的区别。基于此,对直接转矩控制系统中电磁转矩、定子磁链的控制器进行重构,并将零序电流控制器移除。采用重构后的电磁转矩、定子磁链控制器可生成定子电压参考值。然而,如若继续沿用无故障时的空间矢量调制策略,将无法生成所需的实际定子电压。为此,在分析剩余非故障相所能产生电压矢量的基础上,提出一种改进型空间矢量调制策略。最后,在一台功率为1kW的开绕组永磁同步电机上对所提容错型直接转矩控制策略进行验证。实验结果表明,采用所提策略使得该电机驱动系统在发生一相开路故障的情况下仍具有较小的电磁转矩和定子磁链纹波。