基于双绕组永磁容错电机的高可靠电驱动系统关键技术研究

In order to improve the performance and reliability of combat equipment system，and adapt to the requirements of high maneuverability and complex conditions, the electric drive system in the weapon equipment is becoming more and more important. The high reliable electric drive system becomes the important development direction in various countries. For the tank gun electric drive system, this project mainly researches on key technologies of high reliable electric drive system based on dual-winding fault-tolerant permanent-magnet (DFPM) motor. This project includes the following research contents: (1) A novel design scheme of high reliable electric drive system based on the DFPM motor is proposed and investigated. (2) Research on a new intelligent open-circuit fault diagnosis strategy based on the grey model for high reliable electric drive system. It can overcome the issues of slow diagnosis, not intelligent and false alarms for the traditional open-circuit fault diagnosis method. (3) In order to realize rapid and accurate shooting target, a novel double-mode fault-tolerant control strategy of high reliable electric drive system is proposed and investigated, and it can realize the fault-tolerant control for one power switch fault, one phase winding fault, multiple power switches fault, or multiphase windings fault. The project has a great significance to the development and application of the electric drive system in the weapon equipment.

为提高作战装备系统战技性能与可靠性，适应高机动复杂条件作战要求，电驱动系统在武器装备中起到越来越重要的作用，高可靠电驱动系统成为了世界各国努力发展的方向。针对坦克火炮电驱动系统，本项目基于双绕组永磁容错电机的高可靠电驱动系统关键技术研究，其具体研究内容包括：（1）提出一种具有强容错高性能的基于双绕组永磁容错电机的高可靠电驱动系统设计方案；（2）对基于灰色预测理论的高可靠电驱动系统开路故障智能诊断技术开展研究，使其克服当前传统开路故障诊断方法诊断不够快速、不够智能、当负载突变或运行在空载或轻载情况下容易出现误判断的问题；（3）提出一种高可靠电驱动系统双模态容错控制策略，使其实现快速瞄准与精确射击，且能够实现功率开关管开路和短路故障、电机绕组开路和短路故障以及多相绕组或多个功率开关管同时故障的容错控制。该项目的研究及其成果对于丰富武器装备电驱动系统研发理论体系，推动其发展与应用具有重要意义。

针对坦克火炮电驱动系统应用，因所处环境恶劣、易受冲击振动等，常常存在电气故障而导致系统不能稳定、可靠运行，提出了具有强容错高性能的基于双绕组永磁容错电机的高可靠电驱动系统及其开路故障诊断与容错控制策略，研制出了坦克火炮电驱动系统用双绕组永磁容错电机样机和高可靠电驱动系统控制器，并进行了实验分析与验证。研究表明，提出的基于双绕组永磁容错电机的高可靠电驱动系统不仅能适用于单电源供电体制、减小体积重量、具有较高的故障后系统利用率，还能使坦克火炮电驱动系统具备高可靠性和强容错性。提出的基于d-q轴电流信号以及灰色预测理论的高可靠电驱动系统强鲁棒性开路故障诊断策略能够克服当前传统开路故障诊断方法在负载突变或运行在空载或轻载情况下容易出现误判断的问题，可实时准确地诊断系统单一功率管、单相绕组的开路故障，提高系统的鲁棒性。提出的高可靠电驱动系统双模态容错控制策略，能够实现系统在瞄准工作模态和稳定工作模态下的正常运行，且能够实现系统在绕组短路故障、功率管开路故障、缺任意一相、缺任意两相、缺任意三相故障时的容错运行。基于以上研究，共发表学术论文16篇，其中项目负责人1作高质量SCI一区论文2篇、中国电机工程学报论文2篇；申请国家专利11项，已授权专利5项；培养硕士研究生5名。项目负责人获批中国航空科学基金、中国博士后科学基金资助，入选江苏省“双创计划”双创博士、江苏省“科技副总”，荣获2021年第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛金奖优秀指导教师，2021年第十六届中国研究生电子设计竞赛全国总决赛国家一等奖、最佳路演奖、优秀指导教师，2020年度江苏省电工科学技术奖一等奖（第1排名）。