模块化磁通切换永磁电机容错控制系统研究

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随着科学技术的不断发展,电机的应用涉及到军事、民用等各个领域。但是,由于电机及其驱动系统总是存在着一定的故障率,使得电机的可靠性问题越来越引起人们的关注。磁通切换永磁(flux-switching permanent-magnet,FSPM)电机是一种新型定子永磁型电机,具有转子结构简单、高功率密度、高效率等优点。本文提出一种模块化磁通切换(M-FSPM)电机的结构,该电机是在保留FSPM电机高转矩性能的基础上,引入模块化绕组结构的定子永磁型电机,进一步提高电机的可靠性运行性能。对M-FSPM电机的稳态性能、动态性能进行了较为全面的研究,在分析电机及其驱动系统的常见故障的基础上,推导了相应的容错控制策略,研制了基于TMS320F2812的数字控制驱动系统及其故障模拟平台,并进行了仿真和实验,验证了M-FSPM电机及其驱动控制系统具有良好的容错性能。本文的工作为该电机应用于航空、航天、军事装备等对系统可靠性要求较高的领域奠定了基础。   论文的研究内容主要包括以下几方面:   1)介绍了M-FSPM电机的基本工作原理,分析了电机的静态特性,并分别在定子坐标系和转子坐标系下建立了M-FSPM电机的数学模型,验证了矢量控制应用于该电机的可行性。   2)在对M-FSPM电机反电动势进行谐波分析的基础上,从实现输出平滑转矩的角度出发,得到了M-FSPM电机的优化控制策略;同时,对电机及其控制系统常见的故障进行了较为详细的分析,并提出了应对的容错控制方法。   3)在Matlab/Simulink平台上建立了M-FSPM电机在正常、故障以及容错等多种运行状态下的仿真控制系统模型,并分别进行仿真研究。   4)设计了基于数字信号处理器(DSP)TMS320F2812的M-FSPM电机数字驱动控制实验平台,包含了软硬件结合、多层次的综合保护电路,为M-FSPM电机及其驱动控制系统的实验验证奠定了基础。   5)基于本文所设计的实验平台,进行了一系列的实验研究,实现了电流控制以及容错控制算法。将仿真与实验结果对比分析,验证了M-FSPM电机驱动控制系统具有良好的动态性能及容错性能。  
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