磁通切换电机的马尔科夫可靠性模型分析

李  伟   程  明

DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.171279

1

导语

多相电机驱动系统可靠性高、容错能力强、控制自由度更多。本文提出了虚拟绕组容错控制的思路,电机断相故障工况与正常工况下采用统一的控制算法框架。算法将断相故障转换为空间尺度下控制指令的约束,同时在时间尺度下加入谐波平面的谐波抑制算法,实现时空协同容错控制;另一方面,引入全阶观测器估计电机磁链和速度,实现多相感应电机驱动系统无速度传感器容错控制。

在五相感应电机实验平台上验证了所提算法的有效性,实现了电机断相工况下转子磁链和转子转速的准确估计,输出转矩波形中的脉动分量得到有效消除,断相切换过程平滑过渡。

2

研究背景

在船舶电力推进、电动汽车等领域中,多相电机驱动系统由于具有控制自由度多、可靠性高、容错能力强等特点得到了广泛应用。如何利用多相电机的多维自由度实现更高性能的容错控制一直是该领域研究中的热点问题。此外,无速度传感器矢量控制系统由于省去了速度传感器,从而降低了系统成本、减少了系统维护工作、进一步提高了系统可靠性。因此,容错无速度传感器控制算法的应用对于多相电机驱动系统可靠性的提升有重要意义。

3

论文所解决的问题及意义

优化电流控制方法由于具有实现简单、容错性能好等优点,在多相电机的容错控制中得到了广泛应用。但这种方法也存在着PR、滞环控制器等电流控制算法工程实现复杂,无法兼顾故障容错与谐波抑制等缺点。本文基于虚拟绕组的思想,采用正负序PI控制器实现容错控制,并将谐波抑制算法与容错控制整合。与传统方法相比,所提出的方法在工程上易于实现,并可以实现容错运行与谐波抑制的兼顾,显著降低故障运行下的转矩脉动与电机损耗。

采用虚拟绕组的思想与上方所提出的容错算法后,故障状态下的磁链观测的准确性可以得到保证。因此,可以采用与正常工况下完全相同的无速度传感器算法实现无扰动的无速度传感器运行。本文将全阶转速观测器与提出的容错算法相结合,可以大幅降低故障状态下转速估计脉动,提升转速控制性能。

4

论文的方法及创新点

将电机系统可靠性评估模型用电流传感器、速度传感器、IGBT、直流母线电容、绕组和永磁体组成。设定速度波动、电流峰值和转矩作为可靠性评判的标准。为简化计算过程,提出了一种基于马尔科夫链的可靠性快速计算公式,显著简化了电机系统可靠性计算。建立了磁通切换电机的马尔可夫链,如图1所示。

图1   FSPM电机系统的马尔科夫链

5

结论

在本文提出的可靠性标准的前提下,FSPM的平均故障前时间可达到18.95年,可以满足一般的牵引电机可靠性的要求。电机本体是电机系统中最重要的子系统;绕组、IGBT和速度传感器是系统最重要的3个零件。

与传统永磁电机相比,FSPM的永磁体和电枢绕组均位于定子上,冷却系统性能良好时,永磁体和绕组距离机壳近,有利于永磁体的散热,所以当散热能力提升后,电机系统的可靠性就有所提升。集中绕组能增强绕组独立性,相对于分布式绕组相间短路故障发生率有所降低,所以当电机采用集中绕组时,电机的可靠性会有所提升。

本文引用

李伟, 程明. 磁通切换电机的马尔科夫可靠性模型分析[J]. 电工技术学报, 2018, 33(19): 4535-4543.

Li Wei, Cheng Ming. Markov Reliability Model Analysis for Flux-Switching Permanent Magnet Machine[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(19): 4535-4543.

作 者 简 介

东南大学

李  伟   男,1986年生,博士研究生,研究方向为电机系统可靠性研究。

程  明   男,1960年生,教授,博士生导师,IEEE Fellow,IET Fellow,研究方向为微特电机及测控系统、新能源发电、电动汽车驱动控制。

作者所在团队为江苏电机与电力电子联盟(JEMPEL),是由程明教授领衔,以东南大学电气工程学院11名专任教师为核心,多名杰青、等为支撑,近百名博士后、博士和硕士研究生为骨干的科研团队,研究领域涵盖电机与电力电子及其在新能源发电、电动汽车、轨道交通、伺服系统等领域的应用。

团队先后承担了国家973计划、863计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大国际合作研究项目等各类课题90余项;共发表论文370余篇,其中SCI收录250余篇;获授权发明专利150多件,获国家技术发明二等奖、教育部自然科学一等奖等学术奖励。

(0)

相关推荐

  • 【ABB】电机控制算法探讨

    来源:ABB 电机控制是指对电机的启动.加速.运转.减速及停止进行的控制.根据不同电机的类型及电机的使用场合有不同的要求及目的. 重磅资料  [机器人] | 第五批精选工业机器人大礼包限时领取 15份 ...

  • ABB:电机控制算法探讨

    来源:ABB 电机控制是指对电机的启动.加速.运转.减速及停止进行的控制.根据不同电机的类型及电机的使用场合有不同的要求及目的.

  • 核“芯”方案,为家电厂商提供新选择

    来源:半导体器件应用网 [哔哥哔特导读]2021年7月30日,华大半导体作为参展商参加第二届(宁波)家电电源与智能控制技术研讨会. 2021年7月30日华大半导体参展了第二届(宁波)家电电源与智能控制 ...

  • 浅析纯电动汽车驱动电机控制系统的控制过程

    纯电动汽车的使用已经走进我们的生活,它已成为当前这一时期汽车的典型转型.纯电动汽车从结构上来说主要体现在动力总成控制系统.电机控制系统和电池及其管理系统三个方面.从工作原理上来讲,纯电动汽车主要是通过 ...

  • 清晰易懂的马尔科夫链原理介绍

    马尔科夫链是一种非常常见且相对简单的统计随机过程,从文本生成到金融建模,它们在许多不同领域都得到了应用.马尔科夫链在概念上非常直观且易于实现,因为它们不需要使用任何高级的数学概念,是一种概率建模和数据 ...

  • MCMC(二):马尔科夫链原理小结

    作者:刘建平Pinard 链接:https://www.cnblogs.com/pinard/category/894690.html 编辑:石头 在MCMC(一)蒙特卡罗方法中,我们讲到了如何用蒙特 ...

  • 数学之美——隐含马尔科夫模型

    这是令人兴奋的一个章节. 因为科研中总是充满了马尔科夫. 隐含马尔科夫模型也是机器学习的主要工具之一. 引用这句话的目的也是为了证明这一章节的重要性. 引例: 在通信模型中,信息源发出信号s1,s2, ...

  • 初学者也能看懂的隐马尔科夫模型介绍

    隐马尔科夫模型是(hidden Markov model,HMM)是可用于标注问题的统计学习模型,描述由隐藏的马尔科夫链随机生成观测序列的过程. 隐马尔可夫模型(hidden Markov model ...

  • 俄裔美国女画家塔吉亚娜•马尔科夫采娃的极简画(二)|老小孩讲述

    [转载]俄裔美国女画家塔吉亚娜·马尔科夫采娃的极简画(二) 字体调整: 大 | 中 | 小 发表于2019年09月07号 10点 阅读 2321 评论5 点赞8举报文章 ©著作权归作者所有

  • 外国爱情诗赏析《在这个小城里》〔俄—苏〕 马尔科夫

    [俄-苏] 马尔科夫 在这个小城里,我是一个过客. 我离开这里整整十五年. 我把东西放在寄存处, 天刚蒙蒙亮,我就上了大街. 我勉强地认出了那些地方: 孩子们做骑兵游戏的 草丛繁茂的山谷, 如今已是人 ...

  • 外国爱情诗赏析《星》〔俄—苏〕 马尔科夫

    [俄-苏] 马尔科夫 高空中闪耀着一颗星, 尽管某些人看不见她, 就算任什么时候它也不会被发现, 但她并不为此而抱撼. 莫非她 冷漠地对待了 瞬间狂喜的 或者是冰冷的目光? 她燃烧着, 她生活着, 别 ...

  • 外国爱情诗赏析《也许……》俄—苏〕 马尔科夫

    [俄-苏] 马尔科夫 也许,你将来配不上他, 丈夫会无意地说出粗鲁的话, 而后人们叫你老太婆, 你对一切 都爱抱怨和饶舌. 呶,而我爱你--相信吗? 不知不觉地, 我将带你穿过岁月, 像穿过充满了光辉 ...

  • 外国爱情诗赏析《不知何故》俄〕 马尔科夫

    [俄-苏] 马尔科夫 不知何故我的窗外响起了 衣着华丽的女子的笑声-- 随即就消失了. 在生活中不要笑得太多, 这样才能笑得更美. 我走近了雾濛濛的窗口-- 却不见了人影, 只有雪花在飘落-- 但是留 ...