高可靠、强容错的无轴承永磁容错电机的关键技术研究

在航空航天、国防军事、生物化工等特殊领域，电动装置的故障容错能力对系统安全显得尤为重要。无轴承电机集悬浮与驱动为一体，其容错性是目前该技术领域迫切需要解决的难题。本项目对单绕组无轴承永磁电机容错控制的关键技术进行研究。主要内容包括：采用磁－路结合建立悬浮力和转矩数学模型，优化设计无轴承永磁容错电机；分析任意相绕组或多相绕组发生断路或短路故障下的运行规律，研究不对称运行对悬浮力脉动、输出转矩及其脉动等性能的影响；针对无轴承永磁容错电机数学模型存在不定解的问题，研究实现故障容错控制的附加约束条件；分析不同位置上故障相的悬浮力/转矩控制模型的内在规律，提出具有通用性的基于故障相旋转坐标法的容错控制策略；研制原理试验样机，验证所述方案的可行性和正确性。本项目研究成果有利于提高无轴承技术的可靠性和实用性，具有重要的学术意义和工程应用价值。

无轴承电机集悬浮与驱动为一体，其容错可控性的研究是目前该技术领域研究的重点和难题。本项目对无轴承永磁电机容错控制的关键技术进行了研究。主要内容包括：.采用场路结合建立了电机的数学模型，分析了转矩和悬浮力特性。分析了短路电流对转矩和悬浮力特性的影响，对优化电机设计提供了参考依据。建立了包括无轴承永磁容错电机相绕组断路、短路、同时断路短路等多种故障后通用的容错控制模型，在此基础上总结出了根据系数矩阵的秩来判别容错可控性的判别方法。对基于H桥的单绕组无轴承永磁电机功率逆变器某桥臂发生开路或短路时的工作模态及系统故障特性分析，提出了相应的检测方法和故障后的容错控制方法。依据动态补偿线性化思想，提出了基于扩张状态观测器的扰动补偿悬浮系统，实时了消除扰动力对系统的影响。本项目研制原理试验样机，验证以上所述方案的可行性和正确性。本项目的研究成果有利于提高无轴承技术的可靠性和实用性，具有重要的学术意义和工程应用价值。