發(fā)布時(shí)間：2020-05-12 19:54

【摘要】：五相永磁同步電機(jī)(后文簡(jiǎn)稱為五相電機(jī))具有功率密度高、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小、容錯(cuò)性能好等特點(diǎn),在艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。推進(jìn)系統(tǒng)的可靠性是衡量作戰(zhàn)艦艇性能的一項(xiàng)重要指標(biāo),故障情況下艦船推進(jìn)電機(jī)需具備良好的容錯(cuò)運(yùn)行能力,以避免驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失效而影響整艘艦船的運(yùn)行。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和機(jī)械位置傳感器是五相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié),它們發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)較高。為提高五相電機(jī)在艦船推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性,本論文針對(duì)上述關(guān)鍵問題開展了五相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制技術(shù)研究。首先,采用繞組函數(shù)理論對(duì)正常模式下的五相電機(jī)定子磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行分析,確定實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開路故障運(yùn)行的基本原則—維持定子磁動(dòng)勢(shì)與正常模式保持一致。在單相開路故障下,通過約束剩余有效相的反電動(dòng)勢(shì)在α-β平面保持圓形運(yùn)動(dòng)軌跡,引申出適用于單開路模式的解耦變換矩陣—Clarke和Park矩陣。采用類似的方法,約束兩相開路(又分為相鄰兩相開路和非相鄰兩相開路)故障下剩余有效相的轉(zhuǎn)子磁鏈保持圓形旋轉(zhuǎn),可獲得適用于該模式的Clarke和Park矩陣。依據(jù)上述變換矩陣,建立起故障模式運(yùn)行的五相電機(jī)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程和轉(zhuǎn)矩方程。五相電機(jī)容錯(cuò)模型的建立為后續(xù)五相電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制(Field Orentied Control,FOC)以及無位置控制技術(shù)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。結(jié)合所提出的容錯(cuò)模型,對(duì)故障模式下(包括單相開路和兩相開路故障)五相電機(jī)SVPWM、電流控制和轉(zhuǎn)速控制進(jìn)行了研究。不同于正常模式,故障模式運(yùn)行的五相電機(jī)SVPWM依賴于電機(jī)運(yùn)行狀態(tài),控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)檢測(cè)(或估算)斷相繞組的反電動(dòng)勢(shì),并對(duì)參考電壓矢量進(jìn)行補(bǔ)償,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)開路故障模式下電機(jī)的SVPWM。在故障模式運(yùn)行時(shí)采用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的比例-積分-諧振技術(shù)抑制高次諧波磁鏈引入的電流諧波。針對(duì)故障模式運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)非線性引起電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng),采用基于滑模變結(jié)構(gòu)算法的轉(zhuǎn)速控制器平滑電機(jī)轉(zhuǎn)速,以間接降低電磁轉(zhuǎn)矩諧波。因五相電機(jī)FOC策略實(shí)施需要轉(zhuǎn)子位置信號(hào),研究一種適用于正常模式和開路模式的低速域無位置控制技術(shù)。提出一種改進(jìn)的高頻電流注入法,其具有傳統(tǒng)高頻電流注入法和高頻電壓注入法的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)高頻注入法在轉(zhuǎn)子位置誤差信息解調(diào)所面臨的共性問題:逆變器死區(qū)、采樣和數(shù)字控制周期延時(shí)及表貼式電機(jī)弱凸極性等,通過鎖相放大器原理對(duì)這些不利于位置辨識(shí)的因素進(jìn)行了抑制。針對(duì)故障模式下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)非線性,提出一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子位置計(jì)算方法,改善無位置控制運(yùn)行時(shí)五相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。研究了基于相關(guān)性原理的轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)方法,提高了表貼式電機(jī)初始位置檢測(cè)的準(zhǔn)確性。對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在中高速域無位置控制技術(shù)展開研究,分析滑模狀態(tài)觀測(cè)器的穩(wěn)定性,通過濾波器平滑觀測(cè)反電動(dòng)勢(shì),并結(jié)合正交鎖相環(huán)技術(shù)求解出一個(gè)較為平滑的轉(zhuǎn)子位置/轉(zhuǎn)速并應(yīng)用于電機(jī)矢量控制。采用復(fù)系數(shù)濾波器實(shí)現(xiàn)觀測(cè)反電動(dòng)勢(shì)無相位失真濾波,降低估算轉(zhuǎn)速波動(dòng)誤差,增強(qiáng)無位置控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。針對(duì)兩相開路故障,進(jìn)一步采用多諧波濾波器抑制觀測(cè)反電動(dòng)勢(shì)中的特定低次諧波,降低估算轉(zhuǎn)速的波動(dòng)誤差。故障模式下五相電機(jī)解耦模型得到了Ansoft/Maxwell有限元分析驗(yàn)證,搭建了五相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)基于FOC的五相電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速控制及不同模式下的無位置控制算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【圖文】：

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電氣故障類型Fig.1-1Electricalfaultspresentedinmotordrives

統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)軸系載荷能自動(dòng)轉(zhuǎn)換到輔助電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上。圖 1-2 的串聯(lián)式-雙余度設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，兩臺(tái)獨(dú)立的永磁電，共同拖動(dòng)軸系負(fù)荷。該雙余度驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)存在兩套獨(dú)立的電機(jī)繞組傳感器，在控制上通常配置兩臺(tái)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。這種雙冗余設(shè)、控制簡(jiǎn)單，，但也存在諸多問題，如兩臺(tái)永磁同步電機(jī)串聯(lián)而成的體積尤為龐大；另外，當(dāng)一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，出現(xiàn)故障為另一臺(tái)電機(jī)的負(fù)荷，這將降低了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在一些對(duì)有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，雙余度設(shè)計(jì)方案應(yīng)用受到極大限制[36]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM341

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 韋文祥;劉國(guó)榮;;基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器模型與定子電阻自適應(yīng)的磁鏈觀測(cè)器及其無速度傳感器應(yīng)用[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2015年23期

2 鐘宏偉;韓雪;劉亞兵;;無軸推進(jìn)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用研究[J];艦船科學(xué)技術(shù);2015年09期

3 華斌;周艷紅;謝冰若;歐樂知;盧特;;電機(jī)技術(shù)在艦船電力推進(jìn)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J];微電機(jī);2015年05期

4 蔣雪峰;黃文新;郝振洋;曹瑞武;李偉;盛燕;姜文;;雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)的余度電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2015年06期

5 滕青芳;柏建勇;朱建國(guó);郭有光;;基于滑模模型參考自適應(yīng)觀測(cè)器的無速度傳感器三相永磁同步電機(jī)模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年02期

6 荀倩;秦海鴻;馬亞飛;李寒松;嚴(yán)仰光;;基于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制六相永磁容錯(cuò)電機(jī)故障補(bǔ)救策略的仿真研究[J];電源學(xué)報(bào);2015年01期

7 趙海森;杜中蘭;劉曉芳;王慶;;基于遞推最小二乘法與模型參考自適應(yīng)法的鼠籠式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻在線辨識(shí)方法[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2014年30期

8 賀益康;徐海亮;;雙饋風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性問題及其諧振控制解決方案[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2014年29期

9 劉自程;鄭澤東;彭凌;李永東;;船舶電力推進(jìn)中十五相感應(yīng)電機(jī)同軸運(yùn)行及容錯(cuò)控制策略[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2014年03期

10 張洪帥;王平;韓邦成;;基于模糊PI模型參考自適應(yīng)的高速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2014年12期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 張國(guó)強(qiáng);內(nèi)置式永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 高宏偉;五相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)及容錯(cuò)控制技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 程垠鐘;船舶綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)仿真技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2014年

4 孟超;雙三相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究[D];湖南大學(xué);2012年

5 郝振洋;六相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

6 高海波;船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的建模與仿真[D];武漢理工大學(xué);2008年

7 薛山;多相永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（電工研究所）;2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前8條

1 郭龍飛;微弱信號(hào)檢測(cè)方法及應(yīng)用研究[D];西安理工大學(xué);2017年

2 李佳佳;全電推進(jìn)艦船燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)仿真及控制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

3 黎梅云;多相電機(jī)非正弦供電技術(shù)的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

4 宋旭;電力推進(jìn)在小型船舶中的實(shí)用性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

5 賀鑫;五相永磁同步電機(jī)容錯(cuò)控制研究[D];天津大學(xué);2010年

6 郝英;六相同步電動(dòng)機(jī)特性仿真的研究[D];上海海事大學(xué);2006年

7 朱軍;五相異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方法研究[D];華中科技大學(xué);2006年

8 張?jiān)破?電力推進(jìn)中永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的研究[D];大連海事大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2660757