【摘 要】
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和直流、交流异步电机相比,永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）具备结构简单、功率因数高、效率高等优点。以五相PMSM为例,其传统无差拍直接转矩和磁链控制（deadbeat direct torque and flux control,DB-DTFC）策略存在转矩和定子磁链间不能解耦、三次谐波电流含量高、CPU计算载荷重等缺陷,因此,本文提出
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和直流、交流异步电机相比,永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）具备结构简单、功率因数高、效率高等优点。以五相PMSM为例,其传统无差拍直接转矩和磁链控制（deadbeat direct torque and flux control,DB-DTFC）策略存在转矩和定子磁链间不能解耦、三次谐波电流含量高、CPU计算载荷重等缺陷,因此,本文提出了基于定子磁链定向（stator flux orientation,SFO）和载波脉宽调制（carrier-based pulse width modulation,CPWM）的新型DB-DTFC策略。此外,五相PMSM在运行过程中可能会发生开路故障,若不采用适当的容错控制策略,将会产生较大的转矩脉动,进而使电机不能平稳运行,因此,本文还提出了开路容错DB-DTFC策略。主要研究内容如下:（1）建立了五相PMSM的数学模型;根据同步旋转坐标系上的定子电压离散表达式、转矩与负载角的关系,着重阐述了传统DB-DTFC的基本原理。（2）推导了五相PMSM定子电压在SFO坐标系上的表达式,并阐述了载波脉宽调制技术,进而提出了基于SFO和CPWM的新型DB-DTFC策略,该策略能够消除转矩和定子磁链间的耦合、减少三次谐波电流的含量以及CPU运算量。在此基础上,针对五相PMSM单相开路故障,设计了一种容错DB-DTFC策略,实现了单相开路故障前后定子磁链轨迹全是圆形,有效抑制了故障导致的转矩脉动。（3）在五相PMSM两相开路启动时,设计了一种两相开路容错DB-DTFC策略,采用虚拟定子电压和磁链消除了电机故障导致的不对称性,实现了故障前后定子磁链轨迹都为圆形。（4）搭建了五相PMSM控制系统实验平台,通过实验对传统和新型DB-DTFC、单相开路容错DB-DTFC、两相开路容错DB-DTFC策略的性能进行了研究。在相同的电机参数下,以传统DB-DTFC策略为对照组,比较了传统和新型DB-DTFC策略的稳态和动态性能;对开路容错DB-DTFC策略的转矩、相电流、定子磁链、负载和速度阶跃动态响应性能进行了研究。实验结果表明:新型DB-DTFC策略的稳态和动态性能优于传统DB-DTFC策略,开路容错DB-DTFC策略的电机性能与正常运行时相当。
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