双绕组永磁同步电机的模块化对等控制

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yy20092
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无人飞行器对电机的驱动提出了很高的安全可靠性要求,采用具有冗余容错结构的双绕组永磁同步电机是一个有效的保障手段。但是随着相数增加,双绕组电机的控制策略比三相电机更复杂,对双绕组电机的可靠控制问题进行研究具有实际应用意义。由于位置传感器易受外界干扰,因此对全速度范围内的无位置传感器控制方法进行研究,以提高电机的可靠运行能力。本文采用的双绕组永磁同步电机的定子绕组由两套中性点相互独立的三相绕组组合而成,两套绕组在设计时具有良好的磁隔离效果,则双绕组电机可以等效为两台三相单元电机并联。因此本文提出以三相绕组为单元的模块化对等控制策略,每台单元电机均配备独立的控制器,构成控制器和电机绕组双冗余的控制结构。针对单元电机的独立控制和并联协同运行问题展开研究,实现双绕组电机的转速调节和功率分配。在单元电机矢量控制的基础上,研究模型参考自适应和I/F控制相结合的复合无位置传感器控制方法。模型参考自适应方法可以在中高速阶段提供较准确的转子位置信息,在带载运行时的稳态和动态性能比较好。I/F控制方法在低速轻载情况下具有稳定运行能力。通过对两种方法下的控制变量进行分析,在切换时转子位置由虚拟角度切换为模型参考自适应法估算的实际角度,控制模式由电流单闭环切换到转速电流双闭环。切换过程比较平稳,没有出现电流、转速的振荡。最终通过实验,验证所研究的复合方法能够实现电机的全速范围无位置传感器控制。为了解决两套控制模块协同工作的问题,采用基于转速下垂控制的对等控制策略,实现对单元电机输出功率的分配。针对转速下垂控制带来的实际转速值跌落和功率分配精度低的问题,加入二次调节方法进行优化,平均转速调节器提高转速控制精度,平均电流调节器提高功率分配精度。仿真和实验结果表明所提策略可以实现两台单元电机协同运行,完成速度调节和功率分配。在二次调节中,平均转速调节器和平均电流调节器的加入对下垂曲线进行了调节。通过分析下垂系数和通讯延迟对系统主导极点位置的影响,对控制策略的有效性进行了验证,同时为控制参数的选取提供了指导作用。
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