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基于三次谐波注入的五相永磁同步电机控制策略研究
| 论文题名： | 基于三次谐波注入的五相永磁同步电机控制策略研究 |
| 关键词： | 电动汽车;五相永磁同步电机;三次谐波电流;注入率;脉宽调制;容错控制 |
| 摘要： | 为缓解日益严峻的环境污染和能源枯竭问题，电动汽车因其绿色环保的特点应运而生并受到了广泛关注，永磁同步电机作为电动汽车的核心部件，人们对其安全可靠性要求愈发严格，要求其具有足够的容错能力在故障发生后仍能无扰运行。多相电机相比于传统的三相电机容错能力大大提高，并具有高功率密度和低转矩波动，更高的转速范围和过载能力等优良性能，因此本文着眼于五相永磁同步电机，对其控制系统进行深入研究。 首先，对电机正常运行时的控制策略进行研究。推导出同步旋转坐标系的数学模型，并以此为基础根据空载气隙磁场是否正弦，提出了单空间和双空间两种矢量控制策略，在Simulink中搭建五相电机控制系统的仿真模型验证控制策略的可行性。通过三次谐波注入的方法提高电机的输出转矩，并在电流有效值约束、幅值约束和转矩损耗比约束三种情况下设计三次谐波电流的最佳注入率，在有限元软件中对三种注入率下电机的电磁转矩和损耗进行对比分析。 其次，研究用于五相半桥逆变器的脉宽调制算法。和三相电机SVPWM方法进行类比，推导相邻四矢量脉宽调制方法（NFV-SVPWM）的实现过程并提出一种与之等效的注入零序分量的基于载波脉宽调制方法（ZI-CPWM），同时将ZI-CPWM进行拓展使之应用于三次谐波注入的双空间矢量控制中，在Simulink中对两种PWM方法进行仿真验证。 然后，研究五相电机一相开路故障下的容错控制策略。基于五相电机一相开路状态下的解耦矩阵和数学模型，在铜损最小和电流幅值相等两种约束条件下对零序分量进行优化设计，建立开路故障下的解耦矢量控制模型；在考虑空载气隙磁场非正弦的情况下，推导三次谐波空间的数学模型，运用注入三次谐波电流的方法消除二、四次转矩脉动，同时根据不同的约束条件实现铜损最小和电流幅值相等的控制，最后利用有限元仿真对提出的四种容错策略进行对比。 最后，对控制系统进行硬件设计，其中包括了功率驱动单元和以DSP芯片TMS320F28335为核心的控制单元，同时进行软件设计和程序编写。搭建实验平台对本文所提出的PWM方法，矢量控制策略及容错控制策略进行实验，以此验证提出的控制方法正确性和可行性。 |
| 作者： | 范雨卉 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 郑萍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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