六相永磁同步电动机双冗余容错系统在航空中的应用研究外文翻译资料

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中国航空杂志，(2017)，30(4)：1548-15@@

中国航空航天学会

北航大学(amp;E)

中国航空杂志

cja@buaa.edu.cn

www.sciencedirect.com

六相永磁同步电动机双冗余容错系统在航空中的应用研究

郭晓林，郭红，徐金泉，周同

北航大学自动化科学与电气工程学院，北京100083

2016年8月24日收到；2016年12月7日修订；2017年3月18日接受

关键字

机电执行机构；

容错；

永磁同步--

慢性电动机；

过多，过剩;

变结构PID

控制

随着越来越多的电子飞机技术的发展，机电作动器(EMA)在飞机驱动系统中的应用越来越多。作为关键的电机系统 部分EMA，通常采用冗余技术或容错技术来提高可靠性.为了比较这两种电机系统的性能，提出了一种10极/12槽六相电机系统。 永磁同步电动机(PMSM)是采用串联单层绕组设计的，能够在双冗余和容错模式下运行.此外，位置伺服 分析了六相永磁同步电动机在双冗余和容错模式下的性能，包括正常状态和故障状态。另外，一个变结构的比例积分导数 针对相电流饱和引起的性能下降问题，提出了一种PID控制策略.仿真和实验结果表明，该容错永磁同步电机具有良好的容错性能。 R位伺服性能优于双冗余PMSM，变结构PID控制策略能够改善由于相电流饱和引起的性能。

2017年中国航空航天学会。由Elsevier有限公司生产和主办。这是一篇基于ccby-nc-nd许可证(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-n)的开放访问文章。 d/4.0/).).

1. 简介

电动飞机以其效率高、维修性好、可靠性高等优点，近年来受到越来越多的关注。电致动系统作为多/全电子飞机的关键技术，广泛应用于飞行控制系统、燃油系统和环境控制系统中，具有重要的应用价值。 在过去的飞行性能方面，电动驱动系统中的大部分工作可分为两类：电动液压执行机构(EHA)和机电执行机构(E)与电致动器相比，电致动器具有更高的效率、更高的功率密度和更好的动态性能，已成为航空应用中电动驱动系统的一个重要研究方向。

电机系统是EMA的关键部件，对整个驱动系统具有决定性的影响。为了满足飞机的可靠性要求,永磁同步电动机(PMSM)是一种常用的多相永磁同步电动机(PMSM)，多相永磁同步电动机(PMSM)系统的研究成果广泛

两类：冗余PMSM和容错PMSM.1http://dx.doi.org/10.1016/j.cja.2017.05.001

1000-9361 2017 Chinese Society of Aeronautics and Astronautics. Production and hosting by Elsevier Ltd.

This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

关于多相永磁同步电机系统的研究工作已经有了广泛的报道，可分为以下几个方面：

冗余永磁同步电机和容错永磁同步电机。

冗余永磁同步电机是基于多个集的三相绕组。当发生故障时，故障的三相绕组全部被移除.冗余永磁同步电机可以在剩余的对称相绕组下连续工作。相反一种基于多个单相绕组的容错永磁同步电机，每相风由一台H桥逆变器供电.当发生故障时，只有故障相绕组被移除。这，这个，那，那个 容错永磁同步电机可以在剩余的不对称相位绕组下连续工作.与冗余永磁同步电动机相比，虽然它有一个更复杂的功率逆变器，但容错永磁同步电机有b。 更好的容错能力和较高的相绕组UTI率。然而，对于这两个PMMS的性能比较，很少有文献报道。在这篇文章中比较了双三相永磁同步电动机与五相容错PMSM之间的平均转矩、转矩脉动和不平衡径向力的性能，但这两个PMSM具有不同的相位数 对BERS和结构进行了研究，仅对稳态性能进行了研究.

为了比较冗余永磁同步电机和容错永磁同步电机的性能，本文设计了一种具有集中单层绕组的10极/12槽六相永磁同步电动机。 在双冗余模式和故障转换模式下。采用定子槽设计方法提高永磁同步电机的相电感，抑制短路电流。此外， 分析了六相永磁同步电动机在双冗余模式和容错模式下的伺服性能，包括正常状态和故障状态.变结构比例积分导数 提出了用PID(PID)控制策略来解决相电流SATURA引起的性能退化问题.并进行了仿真和实验。

2.PMSM设计

飞机电动节流单元(ETU)是一种典型的EMA系统，其中PMSM系统作为动力源，通过变速箱驱动油门。根据伺服性能要求 ETU，PMSM系统的主要设计规范如表1所示。

根据设计规范，通过磁路计算方法和经验公式，得到永磁同步电动机的基本参数。然后，满足性能要求。 在相短路故障条件下，对永磁同步电机的槽进行了优化，提高了相位电感。此外，电磁场有限元分析（FEA）和参数M被循环使用以满足设计规范，如图1所示。所示。

表 1 永磁同步电机设计规范

2.1.设计结构

永磁同步电机(PMSM)作为EMA系统的关键部件，对ETU的安全性有着重要的影响。为了满足飞机关键设备的可靠性要求，我们设计了一种六相永磁同步电动机。 结构采用集中单层绕组，具有很强的故障隔离能力.因此，选择插槽号为12。对于极数设计，一方面是相绕组。 当槽数和极数接近时，可以得到较大的基本因子。另一方面，总谐波畸变和电频率随极数的增加而增大。 赛斯。因此，选择六相永磁同步电动机的极数为10.图2显示了定子和转子的结构。

此外，当发生短路故障时，绕组将形成一个闭路，其中短路电流将产生反向电动势。与生产有关的问题 制动力矩越大，铜损耗越大，短路电流应受到抑制.让I来表示短路电流，e表示反电动势，xe表示电角频率，LS相电感，RS相电阻。短路电流可以表示为

With

其中lsr是漏感，lsm是励磁电感，Lslot是槽漏电感，lh是硬单漏电感，Lt 是尖端漏感，Le是端漏电感。(1)表示短路电流取决于反电势和阻抗。为了抑制短路电流，高槽漏电感通常是通过设计定子槽形来实现的。假设槽的简化模型如图3所示，槽漏电感可以表示为2。

Fig. 1 永磁同步电动机设计流程图

1550 X. KUANG et al.

Fig. 2 定转子结构

¹

当NS是每个相的导体数时，lef是有效轴向长度，l0是真空的渗透率，hs是槽高，ws是槽宽，h0是槽口高度， b0是开槽宽度。

Eq(3)通过对NS、LEF、Hs、Ws、H0、b0等参数进行修正，提高了槽漏电感。然而，修改NS和lef会引起PMSM其他性能指标的变化。另外，当定子和转子的外径固定时，对Hs和Ws进行改性以增加槽漏感的效果是有限的。所以，一个有效的 增加槽漏感的方法是调整H0与b0的比值。根据Eq(2)和(3)，槽漏导度随漏磁比的增大而线性增加。 f H0至b0增加。此外，根据短路电流和b相，可以根据安培密度得到所需的短路电流，该电流设置为8A/mm2。 在电势作用下，确定了相位自感.最后，通过对H0和b0的修改，获得了所需的相位自感.基于上述设计过程，我们完成了 永磁同步电机设计PMSM的主要参数如表2所示。

Fig. 3 槽的简化模型。

表2 永磁同步电动机的主要参数

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