双余度无刷永磁容错电机及其控制系统理论和实验研究

为避免电机及其控制系统故障导致重大事故，多电和全电飞机中使用的电机及其控制系统必须具有故障容错能力。双余度永磁容错电机能够满足多电和全电飞机对电力推进和电力作动系统的故障容错能力的要求。国内外对双余度永磁容错电机及其控制技术的研究非常有限，本课题将探索双余度无刷永磁容错电机设计及控制中目前尚未解决的关键理论和技术难题。主要研究高效率低转矩脉动双余度无刷永磁容错电机结构、基于动态数学模型的双余度无刷永磁容错电机转矩控制策略和双余度永磁容错电机及其控制技术的实时实现。通过系统、深入的研究，为双余度无刷永磁容错电机系统在多电和全电飞机等工程中的应用打下坚实的理论和技术上的基础，使我国在双余度永磁容错电机及其控制技术的研究方面领先或同步于世界发展水平。同时培养双余度永磁容错电机及其控制系统设计方面的高级专业人才。

在军事、航空航天、交通运输等对安全性能要求高的应用领域，电力推进和电力作动系统的故障可能导致重大的人身和财产损失。因此要求在上述领域中使用的电机及其控制系统具有故障容错能力，即在发生故障后系统能够继续维持运行。当电源或控制器发生故障时，单永磁容错电机系统可能完全失去驱动能力，因此研究双余度永磁容错电机及其控制技术具有重要的实际意义。. 根据电机的磁路和电磁场计算理论和有限元分析方法对用于双余度驱动系统中的永磁容错电机进行了结构设计和仿真验证，并对其参数进行了优化设计。揭示了定子结构参数、槽口参数和转子磁极参数对电机自感、反电动势波形和齿槽转矩的影响规律，为永磁容错电机的优化设计提供了参考依据。对外协加工的三相8极永磁容错电机的参数进行了性能测试，测试结果表明该永磁容错电机的性能满足设计要求。. 对双余度永磁容错电机系统的故障模式和效应进行了分析，提出了在最小铜耗和最小转矩脉动约束条件下的故障补救策略。建立了双余度无刷永磁容错电机动态数学模型，通过研究三相永磁容错电机电压空间矢量的分布规律，提出了电机在无故障和有故障情况下的直接转矩控制算法，此外对无刷永磁容错电机的矢量控制技术进行了研究，MATLAB仿真结果验证了提出的直接转矩控制和矢量控制算法的正确性。. 在分析了永磁容错电机结构特点和控制电路特点的基础上，提出了电机绕组开路、短路故障，逆变开关开路、短路故障的检测和识别方法。以TMS320F2812 DSP为主控芯片搭建了双余度永磁容错电机控制系统的硬件实验平台，编写并调试了相关的控制算法程序。实验结果表明，提出的故障检测和识别方法可行，基于动态模型的电机直接转矩和矢量控制方法能够完成预定的控制功能。. 结合该项目的研究，已公开发表学术论文9篇，其中被EI检索3篇，另外被期刊录用待发表论文2篇。培养硕士研究生11名，申请专利2项。