多電機冗餘系統整體建模及容錯控制策略的研究

《多電機冗餘系統整體建模及容錯控制策略的研究》是依託西安交通大學，由梁得亮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多電機冗餘系統整體建模及容錯控制策略的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：梁得亮
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

提出一種含有多通道多餘度起動／發電機、功率變換單元、集成電作動器的多電機系統。從系統的層面研究多通道發電系統冗餘供電、多餘度功率變換器和逆變器智慧型配電及多通道集成電作動器冗餘用電中的關鍵技術問題。建立該多電機系統的數學模型，構建系統半實物仿真平台，研究各種工作模式和運行狀態下的系統特性和控制策略，並確定實際系統控制所需要的各種參量；建立多電機系統場路耦合的故障分析模型，研究系統中各種典型故障狀態，獲得多電機系統的各種故障特性，為系統容錯運行策略的選擇提供依據；研究多電機系統故障檢測、故障隔離和系統重構技術，解決多餘度發電故障狀態下的電流均衡和多餘度用電故障狀態下的負載均衡問題；提出多電機系統的冗餘管理及容錯運行綜合控制策略；搭建多電機系統實驗台，對多電機系統的冗餘運行、各類故障狀態、系統負載變化等進行試驗研究，以驗證理論研究的正確性和有效性，為進一步研究多電航空電氣系統奠定基礎。

結題摘要

本項目的研究對象為包含多通道多餘度起動/發電機、功率變換單元、集成電作動器的多電機系統。首先對多電機系統包含的電機進行設計和電磁分析，針對永磁雙凸極發電機進行最佳化設計，分析了電機內部的空間磁場分布特點靜態特性參數，針對雙余度永磁同步電動機對樣機的磁場分布和氣隙磁密進行了仿真分析，並計算了電機的磁鏈與電感特性；進而建立了永磁雙凸極電機考慮相間、通道間互感的非線性數學模型，建立了基於坐標變換理論考慮互感耦合的雙余度永磁同步電機的數學模型，依據數學模型建立具有餘度切換功能的仿真模型，對不同工況進行了仿真分析，並對開關磁阻電機和永磁雙凸極電機的容錯性能進行了對比，為系統容錯運行策略的選擇提供依據；提出了一種電容儲能型功率變換電路，使用新型的控制策略用於驅動永磁雙凸極電機，可以在一個很寬的速度範圍內使發電系統具有更高的發電能力；採用一種冗餘結構的DC-DC變換拓撲，可以實現270VDC到28VDC的變換，通過對可能出現的各種典型故障下的工作性能進行分析，證實可以實現容錯變換的要求；基於磁網路理論利用磁路分割法從磁路分析的角度建立雙余度永磁同步電機的等效磁路模型，考慮電機定轉子齒部、軛部磁路和材料非線性磁飽和的影響，不僅可以計算每相繞組的自感特性，而且還可以計算各相之間的互感特性，大大提高了模型的實用性；以張量電網路理論為基礎，並結合雙余度永磁同步電機的等效磁路模型，提出了雙余度永磁同步電機及電力電子驅動電路的張量法仿真，此方法側重對雙余度永磁同步電機總體性能的模擬，比較適合對控制系統動態性能的快速分析，簡化了計算過程，縮短了仿真時間；在傳統控制策略的基礎上，提出了雙余度永磁同步電機的雙余度運行控制策略，構架了雙余度機電作動系統並完整地對其進行了工作模態分析，提出了工作模態與故障模態之間的轉換機制，並在不同的工作模態進行了控制率設計和模態之間的控制率重構，並通過仿真驗證了方法的有效性；建立多電機系統的實驗平台和半實物仿真平台，包括dSPACE仿真器、RT_LAB仿真器、兩套起動發電機，兩套功率變換電路，兩套電作動器，對系統各組件的正常工作狀態、故障狀態進行實驗研究，並對容錯控制策略進行實驗驗證，為進一步研究多電航空電氣系統提供了理論和實踐基礎。