六相永磁容錯電機的暫態(tài)控制研究.pdf

1、電力作動系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓作動系統(tǒng)是多電飛機的發(fā)展趨勢。作為下一代戰(zhàn)機的關(guān)鍵技術(shù)之一，電力作動系統(tǒng)是飛行器完成各功能任務操作的最后環(huán)節(jié)，其健康程度直接影響整個飛機的安全。因此，作動電機必須具有高容錯性和可靠性，容錯電機便應運而生。目前對容錯電動機的研究主要針對電機的穩(wěn)態(tài)和故障態(tài)的簡單隔離，而對作動電機故障后控制重構(gòu)這一暫態(tài)過程研究甚少，難以確保作動電機重構(gòu)過程的平穩(wěn)過渡，雖然其持續(xù)的時間很短，但對電機的運行卻是至關(guān)重要的，尤其是對運行性

2、能要求很高的戰(zhàn)斗機電力作動系統(tǒng)，暫態(tài)可能會引起較大的轉(zhuǎn)速變化、轉(zhuǎn)矩脈動和機械振動，而作動系統(tǒng)的脈動對飛機的操控有很大影響，直接關(guān)系到飛行安全。因此，開展電機容錯重構(gòu)暫態(tài)過程控制研究具有十分重要的理論與實際應用價值。
　　六相永磁容錯電機以其高功率密度、高可靠性、較高的容錯性以及良好的調(diào)速性能等優(yōu)點，成為飛機電力作動系統(tǒng)驅(qū)動電機的首選。本文致力于提高六相永磁容錯電機暫態(tài)運行的可靠性和平穩(wěn)性，重點開展了電機的典型故障診斷研究，并設計了

3、對應的容錯控制策略，保證電機故障后良好的運行能力，采用基于加權(quán)灰靶理論的方法對電機健康狀態(tài)進行評估，為進一步開展主動容錯控制奠定了基礎。
　　本文詳細分析了六相永磁容錯電機的結(jié)構(gòu)、特點及其故障隔離能力，建立了電機的數(shù)學模型，利用矢量變換實現(xiàn)了電機的解耦控制，采用磁場定向控制和電流遲滯環(huán)跟蹤控制策略，搭建電機及其控制系統(tǒng)仿真模型，通過大范圍的調(diào)速對電機模型穩(wěn)、暫態(tài)特性進行仿真分析，結(jié)果驗證了所建模型的合理性。
　　電機作為電力

4、作動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其故障將直接影響飛機安全。本文針對電機最常見的四類故障（定子繞組匝間短路、開路、變換器功率管短路以及軸承磨損）進行機理分析，建立了各故障的數(shù)學模型及仿真模型，仿真結(jié)果表明六相永磁容錯電機的電流、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速在故障過程中具有明顯特征，為開展電機故障診斷工作奠定了基礎。
　　如何快速有效地對電機已發(fā)生的故障進行模式識別和診斷，是本文的一個研究重點。為了提取故障特征，基于冗余第二代小波分析算法，實例仿真驗證該算法在

5、消除頻率混疊方面的優(yōu)越性。運用該算法對六相永磁容錯電機典型故障的電磁轉(zhuǎn)矩信號進行分解和重構(gòu)，提取每個頻帶內(nèi)的能量作為故障特征向量，建立“特征向量—故障狀態(tài)”的映射關(guān)系，并利用最小二乘支持向量機分類算法建立電機典型故障分類器，從訓練樣本比例、不同分類算法效果、編碼方式三個方面驗證了LS-SVM模型的分類效果，識別精度都在90％以上，成功實現(xiàn)了對電機的故障診斷。
　　電機故障會引起較大的轉(zhuǎn)速變化、轉(zhuǎn)矩脈動和機械振動，導致電力作動系統(tǒng)不

6、能穩(wěn)定運行。針對這一問題設計了一種具有魯棒性的模糊動態(tài)Terminal滑模控制器對電機進行控制，仿真驗證了該方法可以使電機快速準確的到達指定運行狀態(tài)，縮短了暫態(tài)的調(diào)整時間，削弱了暫態(tài)畸變程度，較傳統(tǒng)的PI控制優(yōu)勢明顯。在此基礎上研究了故障前后電磁功率恒定的容錯控制方法，提出故障后的電流容錯控制算法，形成了完整的故障容錯控制系統(tǒng)。通過對匝間短路、開路和變換器功率管短路進行故障后的容錯控制仿真，結(jié)果表明該控制系統(tǒng)可以使電機在故障后0.03s

7、內(nèi)平穩(wěn)地恢復到正常（或規(guī)定）工作狀態(tài)，提高了電力作動系統(tǒng)的可靠性和容錯性。
　　永磁容錯電機的暫態(tài)容錯控制最理想的目標是變被動容錯控制為主動容錯控制，為此，本文提出了基于改進型灰靶理論健康狀態(tài)評估算法，通過建立標準故障模式序列、對待識別模式進行灰靶變換、對靶心度進行分級、求取灰色貢獻度等步驟，解決了在沒有標準模式的情況下，對永磁容錯電機的健康狀態(tài)進行量化分級的問題。并基于灰貢獻度對灰靶算法進行改進，確定了評估過程中不同頻帶的權(quán)重，