与普通的永磁同步直线电机相比,初级永磁直线电机将永磁体和绕组置于初级,而次级既无绕组也无永磁体,在继承了永磁同步直线电机功率密度高、体积小、效率高、重量轻等特点的同时,还具有机械结构简单、便于定期维护等特点。随着城市人口的显著增加和城市规模的迅速扩大,城市轨道交通对于缓解城市公共交通压力的重要意义不言而喻。基于这一背景,初级永磁直线电机以其不依赖于轮轨黏着驱动的优势,特别适合应用于隧道施工难度大、坡度大和易受雨雪天气影响的轨道交通线路中。论文构建了结合初级永磁直线电机和T型三电平逆变器的大功率牵引系统,并以此为研究对象,分别在系统正常状态和故障状态进行详细的理论分析和实验验证。为了便于对受控对象进行理论分析,论文首先建立了初级永磁直线电机在自然静止坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型。随后论文提出了一种以五桥臂三电平逆变器控制两台初级永磁直线电机的新型牵引系统,该系统中两台初级永磁电机各有一相连接至共用桥臂。针对由五桥臂三电平拓扑构成的双电机牵引系统,将主从控制和矢量控制相结合,实现牵引系统q轴电流的等额分配。由于共用桥臂的存在,提出了线电压调制策略,利用线电压不变这一准则对各相给定参考电压进行补偿,解决共用桥臂上两相给定电压不一致的矛盾,实现两台电机的独立控制。此外,为了保持三电平拓扑直流母线中点电位平衡,论文在滞环控制的基础上,通过实时检测各相电流,完成中点电位的平衡控制。为了提高非对称初级永磁直线电机牵引系统的可靠性,论文针对两种不同的开关管开路故障,提出了相应的PWM调制策略和中点电位平衡控制策略。此外,论文还针对初级永磁直线电机一相开路故障,提出了一套完整的容错运行模式。提出的容错运行模式包括单电机运行模式、铜耗最小运行模式以及推力最大运行模式,并分析了牵引系统在不同工况下对应的运行模式。论文提出的开关管故障和一相开路故障容错控制策略均能够保持发生故障后系统稳定运行,且直流母线中点电位能够维持平衡。论文最后搭建了基于DSP的非对称初级永磁直线电机牵引系统硬件实验平台,软件则采用基于模型的设计方法,将图形化的容错控制模型自动生成相关代码,结合手工编写的底层驱动代码,实现控制算法的高效、快速开发。论文通过实验验证了理论分析和提出策略的正确性。