雙余度無刷直流電動機的建模與余度控制技術(shù)
馬瑞卿，劉衛(wèi)國，楊永亮
(西北工業(yè)大學(xué)，陜西西安710072)
摘要：參考自感和相間互感的關(guān)系公式，建立了雙余度元刷直流電動機的數(shù)學(xué)模型。在  環(huán)境下，采用正弦波削頂法等效反電勢波形，并針對實際電機參數(shù)，得到了電機帶載起動過程下的轉(zhuǎn)速、母線電流、相電流和反電勢的動態(tài)性能仿真曲線。仿真結(jié)果驗證了電機數(shù)學(xué)模型的有效性。在此基礎(chǔ)上，對雙余度無刷直流電動機電流均衡和余度降級時的平滑切換技術(shù)進行了研究，實驗證實了雙余度熱備份工作性能優(yōu)于單通道工作。 關(guān)鍵詞：無刷直流電動機；雙余度；建模；余度控制
中圖分類號：  文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)07-0032-04
0引 言
稀土永磁無刷直流電動機以其調(diào)速性能優(yōu)越、壽命長、效率高、維護性好、應(yīng)用廣泛等特點得到了電機界的公認[1]，但電機繞組、功率逆變器、轉(zhuǎn)子位置傳感器在當(dāng)今技術(shù)條件下仍為系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，在航空航天等高可靠性領(lǐng)域，采用單通道設(shè)計往往不能滿足要求。因此，在電機定子中隔槽嵌放兩套獨立繞組，并采用兩套獨立的功率逆變器和兩套獨立的轉(zhuǎn)子位置傳感器構(gòu)成雙余度無刷直流電動機(以下簡稱  )控制系統(tǒng)成為航空航天領(lǐng)域的研究熱點。雙余度系統(tǒng)通常工作在熱備份方式，當(dāng)一個電氣通道發(fā)生故障，另一個通道仍能繼續(xù)工作，系統(tǒng)可靠性大為提高[2]。
但是，  在雙通道同時工作時，相間互感勢必對電機性能產(chǎn)生影響。而通過磁場分析計算只能初步得到電機的基本參數(shù)，為了研究系統(tǒng)的動態(tài)性能，就需要通過建模、數(shù)值分析或試驗的手段掌握其內(nèi)部參數(shù)的變化規(guī)律[3-4]。
本文建立了  的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)電機自感與相間互感的公式，得出了相間互感關(guān)系，在  環(huán)境下，得出了電機帶載起動過程下的轉(zhuǎn)速、母線電流、相電流和反電勢動態(tài)仿真曲線。驗證了電機數(shù)學(xué)模型的有效性。同時，通過對  的電流均衡和余度降級時的平滑切換技術(shù)的研究，證明雙余度熱備份工作性能明顯優(yōu)于單通道工作。
由于BLDCM電壓、電勢和電流均為非正弦波。假設(shè)：磁路不飽和；不計渦流和磁滯損耗；兩套三相繞組完成對稱；功率開關(guān)器件為理想元件。則由文獻[5]，可得到DR-BLDCM的電壓平衡式：
由于雙套繞組采用隔槽嵌放式集中整距繞組，其雙余度繞組之間對應(yīng)相軸線互差30°，每一相與另一套繞組的次對應(yīng)相互差150°，每一相與另一套繞組的第三對應(yīng)相互差90°(其互感為零)。從而
2 仿真分析
通過以上得出的  數(shù)學(xué)模型，根據(jù)圖2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，可很方便地建立其控制系統(tǒng)在  環(huán)境下的仿真模型。
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