双余度无刷直流电动机的建模与余度控制技术

马瑞卿，刘卫国，杨永亮

(西北工业大学，陕西西安710072)

    摘要：参考自感和相间互感的关系公式，建立了双余度元刷直流电动机的数学模型。在环境下，采用正弦波削顶法等效反电势波形，并针对实际电机参数，得到了电机带载起动过程下的转速、母线电流、相电流和反电势的动态性能仿真曲线。仿真结果验证了电机数学模型的有效性。在此基础上，对双余度无刷直流电动机电流均衡和余度降级时的平滑切换技术进行了研究，实验证实了双余度热备份工作性能优于单通道工作。

    关键词：无刷直流电动机；双余度；建模；余度控制

中图分类号：文献标识码：A  文章编号：1004-7018(2008)07-0032-04

 

    0引  言

    稀土永磁无刷直流电动机以其调速性能优越、寿命长、效率高、维护性好、应用广泛等特点得到了电机界的公认[1]，但电机绕组、功率逆变器、转子位置传感器在当今技术条件下仍为系统的薄弱环节，在航空航天等高可靠性领域，采用单通道设计往往不能满足要求。因此，在电机定子中隔槽嵌放两套独立绕组，并采用两套独立的功率逆变器和两套独立的转子位置传感器构成双余度无刷直流电动机(以下简称)控制系统成为航空航天领域的研究热点。双余度系统通常工作在热备份方式，当一个电气通道发生故障，另一个通道仍能继续工作，系统可靠性大为提高[2]。

 

但是，在双通道同时工作时，相间互感势必对电机性能产生影响。而通过磁场分析计算只能初步得到电机的基本参数，为了研究系统的动态性能，就需要通过建模、数值分析或试验的手段掌握其内部参数的变化规律[3-4]。

 

本文建立了的数学模型，根据电机自感与相间互感的公式，得出了相间互感关系，在环境下，得出了电机带载起动过程下的转速、母线电流、相电流和反电势动态仿真曲线。验证了电机数学模型的有效性。同时，通过对的电流均衡和余度降级时的平滑切换技术的研究，证明双余度热备份工作性能明显优于单通道工作。

 

由于BLDCM电压、电势和电流均为非正弦波。假设：磁路不饱和；不计涡流和磁滞损耗；两套三相绕组完成对称；功率开关器件为理想元件。则由文献[5]，可得到DR-BLDCM的电压平衡式：

 

 

 

    由于双套绕组采用隔槽嵌放式集中整距绕组，其双余度绕组之间对应相轴线互差30°，每一相与另一套绕组的次对应相互差150°，每一相与另一套绕组的第三对应相互差90°(其互感为零)。从而

2 仿真分析

 

通过以上得出的数学模型，根据图2的系统结构框图，可很方便地建立其控制系统在环境下的仿真模型。