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随着电机控制理论以及电力电子技术的快速发展,电力电子变换器驱动的电机不再受到电力系统中供电相数的限制,多相电机因转矩脉动小、功率密度高、容错运行能力强等优点,被广泛应用于船舶推进、航空航天和电动汽车等对安全性和可靠性要求高的场合。本文选取五相永磁同步电动机作为研究对象,搭建了五相永磁同步电机(five-phase permanent magnet synchronous motor,FP-PMSM)的数学模型,研究了FP-PMSM的矢量控制和故障容错控制等关键技术,并在基于TMS320F28335的电机实验平台上对本文的研究内容进行实验验证。首先,建立了自然坐标系下定子绕组对称正弦分布的FP-PMSM的数学模型,利用五相坐标变换矩阵,实现电机模型在旋转坐标系下的解耦,采用了基波电流闭环、三次谐波电流开环的FP-PMSM矢量控制策略。对五相半桥逆变器的拓扑结构和数学模型进行研究,将三相逆变器的最大两矢量SVPWM算法直接扩展到五相逆变器中,虽然可以获得较高的直流母线电压利用率,但会在相电压中引入低次谐波分量,不利于系统的长期运行。最近四矢量SVPWM算法虽然调制系数有所降低,但可最大限度抑制谐波电压的产生,利用Matlab/Simulink对两种SVPWM算法进行了仿真验证。其次,分析了实验用电机的反电动势波形,采用了含有谐波绕组的FP-PMSM的数学模型,并且指出当基波和三次谐波电流同时注入定子绕组中时,两者将分别在基波绕组和三次谐波绕组的参与下形成圆形旋转磁势,并产生相应的转矩输出。因此在电机矢量控制系统中采用了基波电流和三次谐波电流双闭环控制策略。由于两种SVPWM算法不能有效地抑制含有谐波绕组FP-PMSM中谐波电压的产生,同时为了简化软件程序、加快运算速度,采用一种注入零序分量的载波型PWM算法,并搭建了基于Matlab/Simulink的电机矢量控制仿真模型,对其进行仿真分析。再次,分析了FP-PMSM在三种不同故障状态下(一相、相邻两相和不相邻两相绕组开路)的容错运行条件,为了减小故障状态下电机的脉动转矩分量,在反电动势三次谐波幅值与基波幅值之比为0.1007的条件下,计算电机输出的平均功率和脉动功率,根据不同的约束条件建立相关方程组,求解故障状态下电机最优的相电流幅值和相位,根据提出的容错控制方法能够实现电机在故障状态下保持低转矩波动和高转矩输出,利用Matlab/Simulink进行仿真验证。最后,搭建了以TMS320F28335为主控芯片的FP-PMSM控制系统实验平台,通过实验验证了FP-PMSM矢量控制策略和容错控制方法的合理性与正确性。