【摘 要】
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永磁同步电机驱动系统因效率高、性能好得到越来越广泛的应用与发展,其在现代工业生产和生活中都发挥着不可替代的作用。当其驱动的传动系统出现故障时,系统的整体性能都遭到削弱。针对这一问题,本文以机电耦合原理为基础,设计容错控制器实现对传动故障的容错抑制。首先,通过电机的动力学微分方程揭示电机驱动系统内部相关参数和传动系统机械故障之间的联系,以理论推导故障激励下电机内部参数的变化,在此基础上初步分析传动系
【基金项目】
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国家自然青年科学基金“基于抗干扰复合预测的风力发电机系统最大功率跟踪控制研究”（61903322）; 扬州市自然科学基金“复杂工况下直驱式风力发电机最大功率的复合捕获研究”（YZ2017099）; 新能源电力系统国家重点实验室项目“受扰直驱式风力发电系统的高效运行控制研究”（LAPS19003）
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永磁同步电机驱动系统因效率高、性能好得到越来越广泛的应用与发展,其在现代工业生产和生活中都发挥着不可替代的作用。当其驱动的传动系统出现故障时,系统的整体性能都遭到削弱。针对这一问题,本文以机电耦合原理为基础,设计容错控制器实现对传动故障的容错抑制。首先,通过电机的动力学微分方程揭示电机驱动系统内部相关参数和传动系统机械故障之间的联系,以理论推导故障激励下电机内部参数的变化,在此基础上初步分析传动系统给负载系统带来的转矩变化。为了验证容错控制算法,课题组搭建以NI CompactRIO为主控制器的电机驱动系统和传动故障模拟平台。在传动系统故障条件下,由于传统PID无法有效实现电机系统的平稳运行,本文对电机控制系统中速度环进行改进,加入自抗扰容错控制算法,一方面提高系统快速性和稳态性能,另一方面提高系统对于故障扰动的容错抑制能力。尽管自抗扰控制算法有效提高系统的整体性能,但在中频故障谐波扰动抑制能力有限,为解决该问题,本文提出模型辅助自抗扰控制算法,深入分析传动故障的动力学模型,推导故障状态下的负载转矩模型,优化扩张状态观测器设计,提高系统对于机械故障扰动的抑制能力。通过对故障动力学模型的解析可知不同故障下谐波频率的变化,为有效抑制特种故障频率下的扰动,将内模原理与自抗扰控制结合,不仅降低对故障具体模型的依赖性,还有效提高对各种传动故障干扰的适应性。
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