单绕组无轴承开关磁阻电机的绕组故障容错控制研究

摘要

开关磁阻电机（SRM）结构简单、控制灵活，适用于高速驱动场合，具有良好的容错运行性能。与普通SRM结构相类似的单绕组无轴承开关磁阻电机（BSRM）集旋转与悬浮功能于一体，有望继承普通SRM优异的高速适应性和强容错性等优点，逐步引起了各国学术界的关注。
　　基于直接控制思想的单绕组BSRM直接转矩和直接悬浮力控制策略不仅有效降低了转矩脉动和悬浮力波动，而且具有控制算法简单、易于实现等优点。为探索单绕组BSRM的容错性能，分别基于单绕组BSRM的传统控制策略和直接转矩与直接悬浮力（DTC&DFC）控制策略，针对电机绕组发生故障时的容错运行控制方法展开研究。
　　首先，针对传统的方波控制策略，建立了考虑双相耦合的短路容错数学模型。以此容错数学模型为基础，提出了绕组发生短路故障时的悬浮力补偿策略，并对该故障引起的输出转矩下降问题进行了转矩补偿的研究。仿真和实验结果证实了悬浮力与转矩同时补偿的可行性。
　　其次，针对传统控制方法的局限性，重点研究了单绕组BSRM的DTC&DFC控制策略。基于已有的理论研究成果，通过实验实现了DTC&DFC控制策略，并基于该策略研究了绕组发生开路故障时的容错运行控制方法。综合传统方波控制策略中的悬浮力补偿思路和DTC&DFC的控制特点，通过仿真深入分析了几种悬浮力补偿方案的优劣，在保证DTC&DFC控制效果的同时实现了电机的绕组开路故障容错运行。最后，通过实验验证了基于单绕组BSRM的DTC&DFC绕组开路故障容错运行策略的有效性。