多相永磁同步电机驱动系统的随机PWM调制策略研究

In view of the increasing demand for low noise technology in modern military equipment, a random modulation multi-phase permanent magnet synchronous motor (MP-PMSM) system was proposed which possess fine fault tolerance , it is the integration of MP-PMSM and multi-phase inverter with characters of fault-tolerant under multi-fault mode. There are no related references about random modulation MP-PMSM system. Based on the theories of MP-PMSM and random modulation, the MP-PMSM system will be investigated with various contents, which include to reduce noise such as multi-vector random PWM modulation, frequency band optimization , interference suppression of low frequency harmonics, multi-objective optimization of random PWM modulation, to improve the performance of closed loop control strategy under random PWM modulation , to increase reliability aspect such as mechanism analysis of MP-PMSM under multi-fault mode to increase reliability, fault decomposition, harmonics compensation for closed current regulation. By conducting the research, the mechanism of low noise operation of MP-PMSM will be revealed, noise suppression theory and technical architecture will be established, it is not only enrich the theory of MP-PMSM but also has significant application value for MP-PMSM.

针对现代军事装备中对低噪声技术越来越高的需求，本项目提出一种具有良好容错性的低噪声一体化多相永磁同步电机系统。该系统由多种故障模式下可容错运行的多相永磁同步电机和多相驱动单元集成。目前尚未有文献对具有这种特性的系统进行报道。本项目以多相永磁同步电机的基础理论、随机调制理论作为研究基础，所研究内容包括：为降低噪声的多矢量随机频率PWM调制、频带优化、低频谐波干扰抑制、随机PWM调制的多目标优化、随机PWM调制闭环控制策略改进等方面的研究，以及为提高可靠性的多相永磁同步电机的多故障模式机理分析、故障分解、电流闭环谐波补偿的研究，。通过开展本项目，揭示多相永磁同步电机系统多故障容错和低噪运行的机理，建立其容错和降噪的理论方法与技术体系，项目不但丰富多相电机的理论，而且使多相永磁同步电机系统具有真正的应用价值。

针对越来越多的水下、空天等军事装备中采用电力推进装置的应用，为使其具备良好的隐身性和低探测性，以及电机驱动系统的一体化的可靠性、噪声之间的矛盾，本项目以这些应用难题为目标，采用随机调制以降低开关噪声，同时解决其在随机过程中带来的系统共振问题，以及在电机出现故障后的容错等问题。.研究内容主要包含随机调制的机理与多相电机随机PWM调制策略的特性，双随机调制对开关倍频出的噪声消除及特定开关频率消除方法研究。提出了一种基于伪随机二进制数序列的随机开关频率-随机零矢量空间矢量脉宽调制（SVPWM）方法，实现了零矢量作用时间、开关频率、导通时刻的随机变化。对开关频率拓展引起的系统谐振问题采用特定频率处的谐波消除的双随机调制技术进行了研究。针对随机调制过程中可能引起的系统共振问题，提出了一种消除共振的特定频率消除法。随机PWM调制的功率谱表征与调制过程中的频率特性间的联系.研究了两种单随机因子开关脉冲信号的功率谱密度模型，推导随机变量的特征函数与功率谱密度之间的关系，实现了随机脉冲PWM和随机周期PWM中随机因子的定向优化设计。.针对多相永磁同步电动机故障后谐波注入实现困难的情况，在仅考虑改变基本的相位和幅值的情况下，提出了基于基波优化的多相永磁同步电机容错时的转矩波动抑制方法，通过调整基波电流的幅值和相位实现对三次谐波反电势所引起转矩波动的抑制，无需对非故障相绕组注入谐波电流，提高了多相电机的容错运行工程实用性。.利用多相电机控制自由度多的优势，对基于静止坐标变换后的基波分量和谐波分量进行分析，提出基于混合逻辑动态模型和电流残差矢量的多相永磁同步电机驱动器的故障诊断策略和和阈值判断方法。.基于六相八桥臂的容错控制策略与中线补偿容错控制策略，对高速高可靠应用的多相电机，提出了增加桥臂和中线补偿的容错控制方法，降低了容错控制时某一相电流幅值过高引起的电机局部过热问题，提高了多相电机应用系统的可靠性。