模块化永磁辅助同步磁阻电机及其考虑磁阻转矩的容错控制

基本信息
批准号:51877098
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:刘国海
学科分类:
依托单位:江苏大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:徐亮,张多,徐高红,徐媚媚,安兴科,林志鹏,丁岭,杨玉琪,王艳阳
关键词:
冗余设计永磁辅助同步磁阻电机磁阻转矩容错控制转矩脉动
结项摘要

The reliability of motor drive systems provides an important guarantee for ensuring the life safety of driver and passengers in electric vehicle. In order to overcome the drawbacks of the existed permanent magnet motor with distributed winding, such as low fault tolerance and high torque ripple, a new modular permanent magnet-assisted synchronous reluctance (PMa-SynR) motor is proposed in this project. Then, the design method for enhancing fault tolerance of the novel PMa-SynR motor will be clarified, and the influence rules of modular design after fault in the motor will be revealed. Meanwhile, the formational mechanism of torque ripple will be analyzed by separating the ending torque, permanent magnet torque and reluctance torque. Then, the principles of torque ripple suppression for discontinuous stator structure will be explored. Since the reluctance torque is playing a leading role in PMa-SynR motor, the fault-tolerant control strategies which considering reluctance torque will be established and the coordinated fault tolerance for fault conditions will be realized. In order to overcome the non-linearity enhancement for system caused by fault tolerant current, an online identification method for inductance of motor is proposed. Finally, the experimental platform and comprehensive performance analysis will be built and evaluated, respectively. Basic scientific issues and mechanism of enhancing fault tolerant and suppressing torque ripple of the novel PMa-SynR motor will be refined and summarized, respectively. The fault tolerant control strategies of modular coordination, which considering reluctance torque, will be established so as to lay the theoretical and experimental foundations for its applications in electric vehicle fields.

电机驱动系统的可靠性是电动汽车驾乘人员生命安全的重要保障。克服现有分布式绕组永磁电机容错性能差、转矩脉动大的弊端,提出一类模块化永磁辅助同步磁阻(PMa-SynR)电机。阐明模块化PMa-SynR电机容错性能增强的设计方法,揭示模块化设计对电机故障后容错性能的影响规律;分析电机转矩脉动的形成机制,分离边端、永磁和磁阻转矩,探寻非连续定子结构的转矩脉动抑制机理;在PMa-SynR电机中,磁阻转矩起主导作用,构建考虑磁阻转矩的容错控制策略,利用模块间的协同工作实现故障下的容错控制;提出电机电感在线辨识方法,克服由容错电流引起的系统非线性增强的难题;搭建实验平台,进行系统综合性能的分析与评估。提炼基础科学问题,总结模块化PMa-SynR电机容错性能增强机理和转矩脉动抑制机理,构建考虑磁阻转矩的模块协调容错控制策略,为其在电动汽车领域的应用奠定理论和实验基础。

项目摘要

永磁辅助同步磁阻(Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance,PMaSynR)电机凭借价格低廉、调速范围宽、功率密度高和过载能力强等优点,在电动汽车用驱动领域有着良好的应用前景。本项目针对PMaSynR电机难以兼顾高容错性和高磁阻转矩特性,提出了一种新型模块化PMaSynR电机。研究了PMaSynR电机的槽极配比、绕组分布、模块单元设计对容错性能的影响,分析了PMaSynR电机容错性能提升的原因。剖析模块单元内槽极配合、定子隔磁尺寸、转子磁障张角与电机转矩脉动阶次的内在关系,总结出不对称转子的优化设计准则,实现了PMaSynR电机的高转矩品质设计。针对PMaSynR电机脉动抑制机理展开研究,探究模块单元的永磁转矩和磁阻转矩脉动间的内在关联,提出了转矩脉动的协同抑制机理。提出了考虑磁阻转矩的容错控制策略,实现容错状态下的空间矢量信号注入最大转矩电流比控制,提高了PMaSynR电机故障状态下的效率和鲁棒性。加工制造了设计的实验样机,搭建基于dSPACE的实时仿真实验系统,对电机的静态特性及最大转矩电流比控制等进行实验验证。.本项目相关研究成果在国内外权威期刊发表论文29篇,其中SCI检索论文22篇、EI检索论文7篇;授权国家发明专利16件(其中PCT专利1件)。2020年获得江苏省科技奖(基础类)二等奖(永磁容错电机及其控制系统基础理论);2022年获得中国机械工业联合会科技进步二等奖(永磁电机轻质高效设计与高可靠性运行关键技术及应用)。培养的研究生获得2019年江苏省优秀硕士论文。.

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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