论文总字数：23104字

摘 要

随着现代技术理论和制造技术的发展，对于由电力电子变换器供电的电气传动系统来说，电机设计方法和电机控制策略的研究有了更多的选择。在电力电子技术的方面，如整流和逆变电路，脉宽调制等技术的发展使得电机有了更多实现控制策略的选择；在电机制造方面的，电机的制造工艺和材料工艺都有了很大的进步，电机定子铁芯的漏磁和磁阻都有很大的修正，而且结构也更为精细，更趋于理想电机。在本文第二章中通过分析电机的参数方程初步建立了五相永磁同步电机在自然坐标系下的数学模型，通过使用旋转变换将电机进行解耦分析，求出电机参数方程在旋转坐标系中的形式，建立电机在旋转坐标系下的数学模型。在第三章中研究通过正弦脉宽调制技术和电流滞环控制技术建立五相电机驱动系统，并且按照理想电机模型参数在中matlab/simulink中建模并仿真验证了该五相电机的可行性。在第四章中研究该五相电机在邻两相故障模式下运行的容错控制，首先在定子磁动势不变原则的前提下修正了旋转变换中的旋转变换矩阵并验证修正后的矩阵能使电机参数能在旋转坐标系中解耦，最后通过建立五相电机缺相模式下的模型并进行仿真分析。同理推导了非邻两相开路故障情况下的修正矩阵。通过检查输出波形的合理性进行比较分析，确认了容错控制方案的正确性。

关键词：五相永磁同步电机，数学模型，滞环控制，容错控制

ABSYRACT

With the development of modern technology theory and manufacturing technology, there are more choices for the research of motor design method and motor control strategy for electric drive system powered by power electronic converter. In the aspect of power electronics technology, such as rectifier and inverter circuit, pulse width modulation technology, etc. In the aspect of motor manufacturing, great progress has been made in the manufacturing technology and material technology of the motor. The flux leakage and reluctance of the stator core of the motor have been greatly modified, and the structure is more precision, which makes the motor more ideal. In the second chapter of this paper, the mathematical model of the five-phase permanent magnet synchronous motor in the natural coordinate system is preliminarily established by analyzing the motor's parametric equation. Through decoupling analysis of the motor by using rotation transformation, the form of the motor's parametric equation in the rotating coordinate system is worked out, and the mathematical model of the motor in the rotating coordinate system is established. In chapter 3, a five-phase motor drive system was established by sinusoidal pulse-width modulation technology and current hysteresis control technology, and the feasibility of the five-phase motor was verified by modeling and simulation in matlab/simulink according to the ideal motor model parameters. In the fourth chapter studies the five phase in the motor in the adjacent two phase fault mode of fault-tolerant control, first in the stator magnetomotive force to the principle of constant rotation transformation matrix of fixed rotation transform and verify the revised matrix can make motor parameters can decoupling in the rotation coordinate system, and finally through the establishment of five phase motor open phase mode of the model and simulation analysis. In the same way, the correction matrix of the non-adjacent two-phase open circuit fault is derived. By checking the rationality of output waveform, the correctness of fault tolerant control scheme is confirmed.

KEY WORDS：FP-PMSM、Mathematical model、Hysteresis control、Fault-tolerant control

目 录

第一章 绪论 1

1.1 项目背景 1

1.2 国外研究现状 3

1.3 国内研究现状 5

1.4 项目工作 6

第二章 五相永磁同步电机数学模型 7

2.1 电源拓扑结构 7

2.2 自然坐标系下的数学模型 7

2.2.1 电压方程 8

2.2.2 磁链方程 8

2.2.3 转矩方程 9

2.2.4 转子运动方程 10

2.3 旋转坐标系下的数学模型 10

2.3.1 磁动势分析 10

第三章 开绕组双五相逆变器的调制策略 17

3.1 电流滞环跟踪PWM调制 17

3.2 仿真分析 19

第四章 开绕组五相PMSM容错控制研究 24

4.1 基于定子合成磁动势不变原则的两相故障容错控制 24

4.1.1 两相开路故障电机建模方法 24

4.2.2仿真结果 26

第五章 研究总结 32

参考文献： 33

致 谢 35

第一章 绪论

1.1 项目背景

电能是能量的一种形式，相比起其他形式的能量，电能更容易传输和利用，并且因为其性质具有许多明显优势，它具有能更方便的实现大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制等现代产业具有的优势，并且当今社会电力驱动的设备越来越多，给人们的生活带来越来越多的便利性。电能在工农业生产以及人类的日常生活中都有着了广泛的应用，电机作为在电能生产、运输和应用相关的主要能量转换装置，在交通运输业、工矿产业、国防行业、高新科技行业、电力工业、农业、科学文化以及日常生活等方面都是起到关键性作用的设备，电机被广泛应用于拖动风机，水泵，压缩机，机床等机械传动装置，是主要的终端耗能大户。电机及其驱动系统与我国能源，化工，冶金，石化以及电力拖动等领域息息相关，是我国工业生产的基石。随着科技的进步，电机产品的类型和工艺已经有了很大改善和进步，电机能量转换效率已经得到了很大提高，但总体的能耗还是很高，能量转换效率仍然较低，据有关文献的研究分析，工业领域电机能量转换效率若能提高一个百分点，每年大约可以节约用电260亿千瓦时。如何提高电机性能来充分利用现有资源已经成为电机领域里各学者的共同话题。提高能源利用效率的最关键、最经济的措施，就是淘汰老化低效电动机并研制推广使用新型高效电动机，这是符合我国当前需求的，也是符合科学发展规律的，在环境保护方面也有着重大的意义，是提高环境保护能力的重要方式之一。加上在进入社会主义现代化建设以来，我国发展进入了新阶段，在坚持科学发展观的前进路线中，我国的航天航空事业勃然发展，在舰船和军工领域也有了较大的发展，在这些场合中的电机，对可靠性有着很高的要求，以免在工作过程中发生意外而导致电机失去控制，所以在现代工业中使用的电机，都对于电机的可靠性有着较高的要求，这是符合科学发展的未来趋势的。

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