永磁容错电机最优转矩控制策略的研究

电力作动器是全电飞机最重要的特征之一。采用电力作动器和功率电传技术,减小或取消集中式的液压系统,可以使飞机的可靠性和维修性大大提高,重量大大降低。目前电力作动系统中普遍采用的是余度技术。 永磁容错电机与双余度无刷直流电机相比,前者具有绕组利用率高,体积小、重量轻的优势,且有容错和故障隔离能力,不存在电流均衡问题,是电力作动器中执行电机的有力竞争者。 本文开始对永磁容错电机的故障容错和隔离特性进行了分析,并推导了该电机的数学模型。然后提出了永磁容错电机最优转矩控制系统,分析了最优转矩控制策略的原理,给出了绕组断路和端部短路故障诊断方法。该控制系统外环为转速环,采用PI控制器;内环为电流环,采用了一种优化占空比的数字电流滞环调制方法。此外,对该控制系统进行了MATLAB/Simulink建模和仿真研究。 本文设计了一套六相永磁容错电机全数字化最优转矩控制系统。硬件平台以数字信号处理器TMS320LF2407为控制核心,CPLD-M4A5 128/64为故障综合单元,智能功率模块(IPM)为主功率单元。软件设计采用汇编语言,实现了故障诊断处理、最优转矩控制算法和数字电流滞环等控制程序。然后对软硬件进行了系统联调。 通过试验,该系统实现了如下性能:在给定转速2000r/min,负载转矩1N·m时,一相绕组发生断路或端部短路故障时输出转矩转速性能较正常时基本不变。试验验证了最优转矩控制策略的可行性和有效性。