全电飞机用五相PMSM控制系统研究

摘要

全电飞机是用电驱动系统代替传统飞机燃油动力系统的新机种,现阶段多采用技术成熟的三相电机作为驱动电机。与之相比,多相电机具有可靠性高、容错能力佳、转矩脉动小等优点。为此,本文采用五相PMSM作为全电飞机的驱动电机,并针对其数学建模、SVPWM调制、相绕组开路下的容错运行条件和工程提高驱动器电磁兼容性的方法进行了研究,最后构建了五相PMSM控制器的硬件平台和软件代码,进行了相关实验。
　　电机本体的数学模型和坐标变换是电机控制的基础。为此,本文建立了五相PMSM在自然坐标系中的数学模型,并推导了适用于五相正弦绕组PMSM的坐标变换公式,从而得到旋转坐标系中的数学模型,并以此为基础在MATLAB/Simulink中建立了五相PMSM的电机本体和矢量控制系统仿真模型。
　　SVPWM调制具有谐波含量低、母线电压利用率高和易于数字芯片实现等优点,已广泛应用于三相逆变系统中。本文针对五相逆变系统的特点,对五相SVPWM调制方式进行了研究,并重点对相邻最大两矢量(NTV)和最近四矢量(NFV)两种SVPWM调制方式进行了仿真和实验分析,从电压利用率和谐波含量两方面比较了两种调制方式各自的优缺点。
　　对于全电飞机的驱动电机控制器,要求在发生绕组开路等故障时仍能降额运行,而不至立即停机。本文针对五相PMSM的特点,对容错运行控制策略进行了研究。首先对缺相故障下的调制方式进行了分析,对比SVPWM、基于有效作用时间载波型PWM和电流滞环这几种调制方式后发现,SVPWM调制很难在缺相故障下使用。由此,本文采取在正常情况下使用SVPWM调制,故障情况下使用电流滞环的策略。接着,推导了电机在一相开路、相邻两相开路和相隔两相开路的情况下,电机容错运行需要满足的条件,最后通过仿真进行了验证。
　　本文还对全电飞机用电机控制器的电磁兼容问题进行了研究。从工程角度对信号部分、主电路部分、IGBT驱动部分和电源部分等模块提出了改善电磁兼容性能的相关措施,并在此基础上设计搭建了五相PMSM控制平台,进行了相关EMC测试实验。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 五相PMSM数学模型及SVPWM调制分析

2.1 引言

2.2 五相PMSM的数学模型

2.3 五相PMSM的矢量控制

2.4 五相PMSM的SVPWM调制方式研究

2.5 本章小结

第3章 五相PMSM控制系统的容错运行

3.1 引言

3.2 五相PMSM系统无扰运行条件分析

3.3 适合容错运行的调制方式分析

3.4 五相PMSM的缺相容错运行

3.5 仿真结果及分析

3.6 本章小结

第4章 全电飞机电机控制器电磁兼容设计

4.1 引言

4.2 控制器整体设计

4.3 控制器EMC设计

4.4 五相滤波器拓扑设计

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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