1、畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)說(shuō)明書(shū)書(shū)題 目：雙級(jí)矩矩陣變換換器容錯(cuò)錯(cuò)控制策策略學(xué) 院：信息工工程學(xué)院院 專 業(yè)：自動(dòng)化化 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師師： 完成日期期： 畢業(yè)論文文（設(shè)計(jì)計(jì)）任務(wù)務(wù)書(shū)論文（設(shè)設(shè)計(jì)）題題目： 雙雙級(jí)矩陣陣變換器器容錯(cuò)控控制策略略 學(xué)號(hào)： 姓名名： 專業(yè)業(yè)： 自自動(dòng)化 指導(dǎo)教師師： 系系主任： 一、主要要內(nèi)容及及基本要要求主要內(nèi)內(nèi)容：11、學(xué)習(xí)習(xí)雙級(jí)矩矩陣變換換器的基基本知識(shí)識(shí)。包括括TSMMC的拓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)、工作作原理、數(shù)學(xué)模模型，并并重點(diǎn)研研究TSSMC的的調(diào)制策策略。 2、研研究永磁磁同步電電機(jī)的矢矢量控制制系統(tǒng)，學(xué)習(xí)雙雙閉環(huán)PPI控制制器的設(shè)設(shè)計(jì)方法法、建立立電機(jī)的的數(shù)學(xué)模模

2、型、坐坐標(biāo)變換換原理等等。 3、了了解容錯(cuò)錯(cuò)控制的的概念，研究實(shí)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)錯(cuò)控制的的方法分分類，以以及在其其他系統(tǒng)統(tǒng)中如何何實(shí)現(xiàn)容容錯(cuò)控制制。 4、研研究預(yù)測(cè)測(cè)控制的的原理及及其實(shí)現(xiàn)現(xiàn)方法，基于預(yù)預(yù)測(cè)控制制算法在在TSMMC的閉閉環(huán)控制制系統(tǒng)中中實(shí)現(xiàn)容容錯(cuò)。 基本要要求：11、掌握握TSMMC的工工作原理理及其調(diào)調(diào)制策略略，并通通過(guò)仿真真實(shí)現(xiàn)TTSMCC正常運(yùn)運(yùn)行。 2、掌握握基于TTSMCC的永磁磁同步電電機(jī)矢量量控制系系統(tǒng)的工工作原理理，并通通過(guò)仿真真來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)控制電電機(jī)正常常運(yùn)行。 3、在在仿真中中編程實(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)測(cè)控制，以預(yù)測(cè)測(cè)控制作作為T(mén)SSMC的的事故后后控制策策略，通通過(guò)仿真真驗(yàn)證這這

3、一方法法。 二、重點(diǎn)點(diǎn)研究的的問(wèn)題 1、雙級(jí)級(jí)矩陣變變換器的的工作原原理及其其應(yīng)用。 2、雙級(jí)級(jí)矩陣變變換器的的開(kāi)關(guān)管管出現(xiàn)故故障后的的容錯(cuò)控控制策略略。 3、容容錯(cuò)控制制策略在在雙級(jí)矩矩陣變換換器的閉閉環(huán)控制制系統(tǒng)中中的應(yīng)用用。 三、進(jìn)度度安排序號(hào)各階段完完成的內(nèi)內(nèi)容完成時(shí)間間1確定畢業(yè)業(yè)設(shè)計(jì)的的題目20133.111.1002搜集參考考資料、相關(guān)文文獻(xiàn)，并并完成初初步閱讀讀20144.1.11-20114.22.2003學(xué)習(xí)雙級(jí)級(jí)矩陣變變換器容容錯(cuò)控制制策略的的原理20144.2.20-20114.33.1554學(xué)習(xí)熟練練MATTLABB仿真軟軟件的使使用方法法20144.3.15-201

4、14.44.15搭建仿真真模型，并得到到仿真結(jié)結(jié)果20144.4.1-220144.4.206撰寫(xiě)畢業(yè)業(yè)設(shè)計(jì)論論文20144.4.20-20114.55.97檢查仿真真結(jié)果20144.5.178答辯20144.5.24四、應(yīng)收收集的資資料及主主要參考考文獻(xiàn)1 鄧文浪浪.雙級(jí)級(jí)矩陣變變換器及及其控制制策略研研究DD.中中南大學(xué)學(xué),20007. 2 鄧文浪浪,楊欣欣榮,朱朱建林.基于ddq坐標(biāo)標(biāo)雙級(jí)矩矩陣變換換器的閉閉環(huán)控制制研究J.電氣傳傳動(dòng),220077,377(2): 220-224. 3 劉見(jiàn),粟梅,孫堯等等. 基基于雙級(jí)級(jí)矩陣變變換器的的永磁同同步電機(jī)機(jī)矢量控控制JJ.電電力電子子技術(shù),

5、20110, 44(11): 665-668. 4 葛寶明明,蔣靜靜坪.永永磁同步步電機(jī)磁磁阻轉(zhuǎn)矩矩的有效效利用及及其預(yù)測(cè)測(cè)控制系系統(tǒng)JJ.電電工技術(shù)術(shù)學(xué)報(bào),20000, 15(3): 6-10. 5 王宏佳佳,徐殿殿國(guó),楊楊明.永永磁同步步電機(jī)改改進(jìn)無(wú)差差拍電流流預(yù)測(cè)控控制JJ.電電工技術(shù)術(shù)學(xué)報(bào),20111, 26(6): 399-455. 6 牛里, 楊明明, 劉劉可述等等. 永永磁同步步電機(jī)電電流預(yù)測(cè)測(cè)控制算算法JJ. 中國(guó)電電機(jī)工程程學(xué)報(bào), 20012, 322(6): 1131-1377. 7 Roddrigguezz J, Koolarr J, Esspinnozaa J, ett

6、 all. PPreddicttivee cuurreent conntrool wwithh reeacttivee poowerr miinimmizaatioon iin aan iindiirecct mmatrrix connverrterrC20110 IIEEEE Innterrnattionnal Connferrencce oon. IEEEE, 20110: 18339-118444. 8 Dassikaa J D, Saeeediifarrd MM. AAn oon-llinee faaultt deetecctioon aand a ppostt-faaultt stt

7、rattegyy too immproove thee reliiabiilitty oof mmatrrix connverrterrsCCIEEEE, 20013: 11185-11991. 畢業(yè)論文文（設(shè)計(jì)計(jì)）評(píng)閱閱表學(xué)號(hào) 姓名 專業(yè)業(yè) 自動(dòng)化化 畢業(yè)論文文（設(shè)計(jì)計(jì)）題目目： 雙級(jí)級(jí)矩陣變變換器容容錯(cuò)控制制策略 評(píng)價(jià)項(xiàng)目目評(píng) 價(jià)價(jià) 內(nèi)內(nèi) 容容選題1.是否否符合培培養(yǎng)目標(biāo)標(biāo)，體現(xiàn)現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特特點(diǎn)和教教學(xué)計(jì)劃劃的基本本要求，達(dá)到綜綜合訓(xùn)練練的目的的；2.難度度、份量量是否適適當(dāng)；3.是否否與生產(chǎn)產(chǎn)、科研研、社會(huì)會(huì)等實(shí)際際相結(jié)合合。能力1.是否否有查閱閱文獻(xiàn)、綜合歸歸納資料料的能力力；2.是

8、否否有綜合合運(yùn)用知知識(shí)的能能力；3.是否否具備研研究方案案的設(shè)計(jì)計(jì)能力、研究方方法和手手段的運(yùn)運(yùn)用能力力；4.是否否具備一一定的外外文與計(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)應(yīng)用能力力；5.工科科是否有有經(jīng)濟(jì)分分析能力力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論論是否正正確，論論述是否否充分，結(jié)構(gòu)是是否嚴(yán)謹(jǐn)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是是否正確確，設(shè)計(jì)計(jì)、計(jì)算算、分析析處理是是否科學(xué)學(xué)；技術(shù)術(shù)用語(yǔ)是是否準(zhǔn)確確，符號(hào)號(hào)是否統(tǒng)統(tǒng)一，圖圖表圖紙紙是否完完備、整整潔、正正確，引引文是否否規(guī)范；2.文字字是否通通順，有有無(wú)觀點(diǎn)點(diǎn)提煉，綜合概概括能力力如何；3.有無(wú)無(wú)理論價(jià)價(jià)值或?qū)崒?shí)際應(yīng)用用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)創(chuàng)新之處處。綜合評(píng) 價(jià)評(píng)閱人： 年 月月 日日 湘 潭 大 學(xué)

9、 畢畢業(yè)論文文（設(shè)計(jì)計(jì)）鑒定定意見(jiàn) 學(xué)號(hào)： 姓名： 專專業(yè)： 自動(dòng)動(dòng)化 畢業(yè)論文文（設(shè)計(jì)計(jì)說(shuō)明書(shū)書(shū)） 47 頁(yè) 圖 表 445 張張論文（設(shè)設(shè)計(jì)）題題目：雙雙級(jí)矩陣陣變換器器容錯(cuò)控控制策略略 主要內(nèi)容容： 學(xué)習(xí)了雙雙級(jí)矩陣陣變換器器的基本本知識(shí)，包括TTSMCC的拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)、工作原原理、數(shù)學(xué)模型型，并重重點(diǎn)研究究了TSSMC的的調(diào)制策策略。掌掌握了基基于TSSMC的的永磁同同步電機(jī)矢量量控制系系統(tǒng)的控控制方法法，建立了了永磁同同步電機(jī)機(jī)的數(shù)學(xué)學(xué)模型，通過(guò)學(xué)學(xué)習(xí)DQ軸解解耦的原原理以及及PI控控制器的的設(shè)計(jì)方方法，在在MATTLABB軟件中中搭建了了永磁同步電電機(jī)矢量量控制模模型。以之前前的研究

10、究為基礎(chǔ)礎(chǔ)，研究了了一種基基于預(yù)測(cè)測(cè)控制 算法的容容錯(cuò)控制制策略，首先掌掌握了預(yù)預(yù)測(cè)控制制的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)方法，搭建了了采用預(yù)預(yù)測(cè)控制的TSSMC仿仿真模型型，在仿仿真中通通過(guò)S函函數(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了預(yù)測(cè)測(cè)控制。最后將將容錯(cuò)控控策略運(yùn)用用到了TTSMCC中，對(duì)對(duì)比其正正常狀態(tài)態(tài)、故障障狀態(tài)以以及容錯(cuò)錯(cuò)后的波波形，分分析了容錯(cuò)錯(cuò)效果。指導(dǎo)教師師評(píng)語(yǔ)該生能獨(dú)獨(dú)立查閱閱文獻(xiàn)；有獲取取各種信信息及新新知識(shí)的的能力。能周密密、合理理地設(shè)計(jì)計(jì)實(shí)驗(yàn)方方案；綜綜合運(yùn)用用知識(shí)能能力強(qiáng)。按期圓圓滿完成成規(guī)定的的任務(wù)，工作量量飽滿；學(xué)習(xí)工工作積極極勤奮。設(shè)計(jì)說(shuō)說(shuō)明書(shū)結(jié)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)謹(jǐn)，邏輯輯性強(qiáng)，論述層層次清晰晰；格式式符合學(xué)學(xué)校要求求

11、。有較較強(qiáng)的實(shí)實(shí)際動(dòng)手手能力和和計(jì)算機(jī)機(jī)應(yīng)用能能力。同意其參參加答辯辯，建議議成績(jī)?cè)u(píng)評(píng)定為 。指導(dǎo)教師師： 年 月月 日答辯簡(jiǎn)要要情況及及評(píng)語(yǔ)該生在答答辯過(guò)程程中敘述述清楚、思路清清晰，語(yǔ)語(yǔ)言表達(dá)達(dá)準(zhǔn)確;專業(yè)知知識(shí)扎實(shí)實(shí)?；卮鸫饐?wèn)題有有理論根根據(jù)，基基本概念念清楚。問(wèn)題回回答準(zhǔn)確確。根據(jù)答辯辯情況，答辯小小組同意意其成績(jī)績(jī)?cè)u(píng)定為為 。答辯小組組組長(zhǎng)： 年 月月 日答辯委員員會(huì)意見(jiàn)見(jiàn)經(jīng)答辯委委員會(huì)討討論，同同意該畢畢業(yè)論文文（設(shè)計(jì)計(jì)）成績(jī)績(jī)?cè)u(píng)定為為 。答辯委員員會(huì)主任任： 年 月月 日目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc387780518 摘要 II雙級(jí)矩陣陣變換

12、器器容錯(cuò)控控制策略略摘要 在在電力電電子領(lǐng)域域中，電電力驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的的可靠性性對(duì)電力力系統(tǒng)有有著重要要的影響響。對(duì)于于一些要要求高可可靠性的的系統(tǒng)，通過(guò)采采用相應(yīng)應(yīng)的容錯(cuò)錯(cuò)控制策策略，極極大地提提高了系系統(tǒng)應(yīng)對(duì)對(duì)故障的的處理能能力。因因此容錯(cuò)錯(cuò)控制已已經(jīng)成為為保障電電力系統(tǒng)統(tǒng)安全運(yùn)運(yùn)行的一一項(xiàng)重要要技術(shù)。本文以以雙級(jí)矩矩陣變換換器（簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱TSSMC）為基礎(chǔ)礎(chǔ)，研究究TSMMC驅(qū)動(dòng)動(dòng)永磁同同步電機(jī)機(jī)的矢量量控制系系統(tǒng)，實(shí)實(shí)現(xiàn)了雙雙閉環(huán)控控制。然然后采用用預(yù)測(cè)控控制實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)PMMSM的的閉環(huán)控控制，最最后在TTSMCC系統(tǒng)上上采用基基于預(yù)測(cè)測(cè)控制算算法的容容錯(cuò)控制制策略，通過(guò)仿仿真驗(yàn)證證了該容容錯(cuò)

13、策略略的可行行性。關(guān)鍵字：雙級(jí)矩矩陣變換換器；SSVPWWM調(diào)制制；預(yù)測(cè)測(cè)控制；容錯(cuò)控控制；永永磁同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)Faullt-ttoleerannt conntrool sstraateggy bassed on twoo-sttagee mattrixx coonveerteerAbsttracct In thee fiieldd off poowerr ellecttronnicss, eelecctriic ddrivve ssysttem relliabbiliity of thee poowerr syysteem hhas an impporttantt immpacct. For

14、r soome sysstemms tthatt reequiire higgh rreliiabiilitty, fauult tolleraancee thhrouugh thee usse oof aapprroprriatte cconttroll sttrattegiies, grreattly enhhanccingg thhe aabillityy off thhe ssysttem to deaal wwithh faailuuress. TTherrefoore, faaultt-toolerrantt coontrrol hass beecomme aan iimpoort

15、aant tecchnoologgy tto pprottectt thhe ssafee opperaatioon oof ppoweer ssysttemss. IIn tthiss paaperr, ttwo-staage mattrixx coonveerteer (abbbrevviatted TSMMC), baasedd onn reeseaarchh TSSMC driive perrmannentt maagneet ssyncchroonouus mmotoor vvecttor conntrool ssysttem, thhe ddoubble-looop cconttr

16、oll. TThenn ussingg prrediictiive conntrool tto aachiievee clloseed-lloopp coontrrol of PMSSM, thee fiinall feeasiibillityy toolerrantt coontrrol strrateegy bassed on preedicctivve cconttroll allgorrithhm bby ssimuulattionn ussingg faaultt toolerrancce ppoliicy on TSMMC ssysttem.Keywwordds: Twoo-stt

17、agee mattrixx coonveerteer; SVPPWM moddulaatioon; Preedicctivve CConttroll; Toolerrantt Coontrrol; Peermaanennt MMagnnet Synnchrronoous Mottor緒論課題的背背景和意意義隨著科學(xué)學(xué)技術(shù)不不斷取得得新的成成果，現(xiàn)現(xiàn)代控制制系統(tǒng)也也越來(lái)越越復(fù)雜，越復(fù)雜雜的系統(tǒng)統(tǒng)對(duì)其可可靠性和和安全性性的要求求就越高高，因?yàn)闉橐坏┻@這類系統(tǒng)統(tǒng)系統(tǒng)出出現(xiàn)故障障，導(dǎo)致致重大事事故將對(duì)對(duì)經(jīng)濟(jì)、生命安安全造成成巨大的的損失。歷史上上有無(wú)數(shù)數(shù)的悲劇劇不斷上上演。因因此，人人們不得得不想辦辦

18、法來(lái)提提高系統(tǒng)統(tǒng)的可靠靠性和安安全性，避免發(fā)發(fā)生重大大事故。提升系系統(tǒng)的可可靠性可可以使操操作人員員的生命命安全得得到保障障，還能能夠提高高生產(chǎn)效效率，增增加經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益。在此背背景下，系統(tǒng)的的容錯(cuò)控控制研究究是現(xiàn)代代系統(tǒng)控控制中迫迫切需要要解決的的問(wèn)題。多年以來(lái)來(lái)，容錯(cuò)錯(cuò)控制系系統(tǒng)的研研究一直直是各個(gè)個(gè)領(lǐng)域研研究的熱熱點(diǎn)，不不管什么么系統(tǒng)都都需要具具有一定定的容錯(cuò)錯(cuò)性能，才能夠夠安全可可靠地運(yùn)運(yùn)用到實(shí)實(shí)際工程程中去，尤其是是一些要要求高可可靠性的的系統(tǒng)，如各類類飛行器器、危險(xiǎn)險(xiǎn)設(shè)施等等，而這這些系統(tǒng)統(tǒng)一旦發(fā)發(fā)生事故故將造成成無(wú)法估估量的損損失。如如何設(shè)計(jì)計(jì)出高容容錯(cuò)性能能的系統(tǒng)統(tǒng)一直都都是各個(gè)

19、個(gè)領(lǐng)域研研究人員員面對(duì)的的課題。簡(jiǎn)單的來(lái)來(lái)說(shuō)，容容錯(cuò)控制制是指當(dāng)當(dāng)系統(tǒng)出出現(xiàn)故障障時(shí)，通通過(guò)軟硬硬件重構(gòu)構(gòu)等方法法自動(dòng)補(bǔ)補(bǔ)償故障障的影響響來(lái)保持持系統(tǒng)在在損失部部分性能能甚至不不損失性性能的狀狀態(tài)下繼繼續(xù)穩(wěn)定定運(yùn)行，容錯(cuò)控控制對(duì)實(shí)實(shí)際系統(tǒng)統(tǒng)的性能能有著重重大的影影響，尤尤其是對(duì)對(duì)于一些些要求高高可靠性性的系統(tǒng)統(tǒng)。通過(guò)過(guò)采用相相應(yīng)的容容錯(cuò)控制制策略，極大地地提高了了系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)對(duì)故障障的處理理能力。如今電力力電子技技術(shù)高速速發(fā)展，各種新新型電力力變換器器層出不不窮，其其中不乏乏具有優(yōu)優(yōu)良性能能的電力力變換器器，而矩矩陣變換換器更是是一種很很有發(fā)展展?jié)摿Φ牡男滦碗婋娏ψ儞Q換器。在在理想條條件下它它有如

20、下下優(yōu)點(diǎn)：輸入、輸出波波形質(zhì)量量良好，減小諧諧波；輸輸入功率率因數(shù)可可控；能能量可雙雙向流動(dòng)動(dòng)；簡(jiǎn)化化了中間間電路等等等，這這些特性性明顯改改善了傳傳統(tǒng)電力力變換器器的不足足，是AAC/AAC變換換器中性性能十分分優(yōu)秀的的一種電電力變換換裝置，矩陣變變換器有有著廣闊闊的應(yīng)用用前景。從結(jié)構(gòu)構(gòu)上劃分分，矩陣陣變換器器可分成成常規(guī)矩矩陣變換換器（簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱CMMC）和和雙級(jí)矩矩陣變換換器兩種種，除了了兩者的的拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)、調(diào)調(diào)制策略略以及控控制范圍圍等方面面有所不不同，其其本質(zhì)其其實(shí)是一一樣的，具有共共同的優(yōu)優(yōu)良性能能和特性性。只是CMMC與TTSMCC相比較較而言，控制策策略更加加復(fù)雜，換流步步驟相對(duì)對(duì)

21、而言實(shí)實(shí)現(xiàn)困難難，鉗位位電路復(fù)復(fù)雜。這這些缺點(diǎn)點(diǎn)在實(shí)際際工程應(yīng)應(yīng)用中制制約了CCMC的的發(fā)展。而TSSMC彌彌補(bǔ)了CCMC在在這方面面的不足足，TSSMC是是CMCC經(jīng)過(guò)優(yōu)優(yōu)化后的的拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)，TTSMCC不只具具有CMMC同樣樣的優(yōu)良良性能，并且簡(jiǎn)簡(jiǎn)化了換換流策略略，拓?fù)鋼渲袦p少少了電力力裝置設(shè)設(shè)備，降降低了成成本，在在一定的的約束條條件下，TSMMC可以以進(jìn)一步步簡(jiǎn)化拓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)，減少少開(kāi)關(guān)數(shù)數(shù)量，根根據(jù)不同同的使用用情況選選用不同同的電路路結(jié)構(gòu)。本文就就是基于于TSMMC來(lái)進(jìn)進(jìn)行研究究。在電力系系統(tǒng)中，越復(fù)雜雜的系統(tǒng)統(tǒng)越容易易出現(xiàn)故故障，而而一旦故故障沒(méi)有有得到很很好的控控制，對(duì)對(duì)于整個(gè)

22、個(gè)系統(tǒng)都都將帶來(lái)來(lái)很大的的影響，對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)、作業(yè)業(yè)安全等等都有很很大的隱隱患。從從很多研研究中可可以看出出，電力力系統(tǒng)中中最容易易發(fā)生故故障的就就是電力力變換器器中電力力電子器器件及其其驅(qū)動(dòng)電電路。因因此，容容錯(cuò)控制制的研究究對(duì)象就就是電力力變換器器中的開(kāi)開(kāi)關(guān)故障障。因此此，對(duì)于于TSMMC這類類多開(kāi)關(guān)關(guān)的電力力變換器器，一旦旦開(kāi)關(guān)出出現(xiàn)故障障，對(duì)系系統(tǒng)的可可靠性和和安全性性會(huì)造成成很大的的影響，進(jìn)而對(duì)對(duì)經(jīng)濟(jì)效效益和人人身安全全造成危危害。所所以，基基于TSSMC設(shè)設(shè)計(jì)出一一種安全全可行的的容錯(cuò)控控制系統(tǒng)統(tǒng)是一項(xiàng)項(xiàng)值得深深入研究究的課題題。容錯(cuò)錯(cuò)控制一一直是電電力電子子領(lǐng)域研研究的熱熱點(diǎn)，對(duì)對(duì)于

23、新型型電力變變換器，良好的的容錯(cuò)性性能能夠夠幫助它它更好的的應(yīng)用到到實(shí)際工工程中。國(guó)內(nèi)外研研究現(xiàn)狀狀19711年，NNiedderllinsski提提出完整整性控制制（Innteggrall Coontrrol）的概念念，由此此產(chǎn)生容容錯(cuò)控制制(Faaultt Toolerrantt Coontrrol，F(xiàn)TCC)的思思想。經(jīng)經(jīng)過(guò)幾十十年的發(fā)發(fā)展，容容錯(cuò)控制制研究已已經(jīng)逐漸漸成為一一個(gè)獨(dú)立立的、完完整的、富有挑挑戰(zhàn)性的的研究課課題。119855 年，國(guó)外學(xué)學(xué)者們提提出容錯(cuò)錯(cuò)控制的的分類方方法，將將容錯(cuò)控控制分為為主動(dòng)容容錯(cuò)控制制和被動(dòng)動(dòng)容錯(cuò)控控制，如如今已成成為現(xiàn)代代容錯(cuò)控控制研究究方法分分類

24、的依依據(jù)。在在 19993年年和 119977年，PPattton 教授發(fā)發(fā)表了關(guān)關(guān)于容錯(cuò)錯(cuò)控制理理論的綜綜述文章章，提出出了容錯(cuò)錯(cuò)控制研研究亟需需解決的的難題以以及解決決辦法，為容錯(cuò)錯(cuò)控制研研究提出出了指導(dǎo)導(dǎo)性意見(jiàn)見(jiàn)。隨著著一次次次因系統(tǒng)統(tǒng)故障原原因?qū)е轮碌闹卮蟠鬄?zāi)難不不斷發(fā)生生，人們們不得不不加快對(duì)對(duì)容錯(cuò)控控制理論論研究的的步伐。在19993年年成立了了技術(shù)過(guò)過(guò)程的故故障診斷斷與安全全性技術(shù)術(shù)委員會(huì)會(huì)(簡(jiǎn)稱稱IFAAC)，在IFFAC的的領(lǐng)導(dǎo)下下，容錯(cuò)錯(cuò)控制理理論研究究迅猛發(fā)發(fā)展。此此后IFFAC每每三年定定期召開(kāi)開(kāi)一次故故障診斷斷與容錯(cuò)錯(cuò)控制方方面的國(guó)國(guó)際專題題學(xué)術(shù)會(huì)會(huì)議。119999年

25、 77 月，第 114 屆屆 IFFAC國(guó)國(guó)際專題題學(xué)術(shù)會(huì)會(huì)議在北北京召開(kāi)開(kāi)，此次次會(huì)議中中故障診診斷與容容錯(cuò)控制制方面的的論文達(dá)達(dá)到 660 余余篇。容容錯(cuò)控制制策略研研究成為為最熱門(mén)門(mén)的研究究課題之之一。容錯(cuò)控制制的思想想產(chǎn)生的的時(shí)間不不久，我我國(guó)對(duì)容容錯(cuò)控制制理論的的研究起起步也比比較早，我國(guó)在在容錯(cuò)控控制理論論上的研研究在幾幾十年來(lái)來(lái)一直在在不斷發(fā)發(fā)展。119888年，葉葉銀忠等等發(fā)表了了國(guó)內(nèi)關(guān)關(guān)于容錯(cuò)錯(cuò)控制理理論的第第一篇綜綜述性文文章。而而后，國(guó)國(guó)內(nèi)在容容錯(cuò)控制制策略理理論上的的研究進(jìn)進(jìn)入蓬勃勃發(fā)展的的時(shí)期，當(dāng)時(shí)的的研究人人員已經(jīng)經(jīng)將容錯(cuò)錯(cuò)控制策策略應(yīng)用用于工業(yè)業(yè)設(shè)備的的故障處處理

26、，緩緩解了設(shè)設(shè)備因故故障而大大大縮短短其使用用壽命，以及設(shè)設(shè)備運(yùn)行行的安全全性和可可靠性得得不到保保障等比比較嚴(yán)重重的情況況。容錯(cuò)控制制發(fā)展至至今只有有 300 多年年的歷史史，是一一門(mén)新興興交叉學(xué)學(xué)科。航航空、航航天領(lǐng)域域和核設(shè)設(shè)施方面面的特殊殊要求是是這門(mén)學(xué)學(xué)科迅速速發(fā)展的的一個(gè)最最重要的的動(dòng)力來(lái)來(lái)源。美美國(guó)空軍軍從 770 年年代起就就不斷投投入巨資資支持容容錯(cuò)控制制的發(fā)展展，力求求開(kāi)發(fā)出出具有高高度容錯(cuò)錯(cuò)能力的的戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)，甚至至在多個(gè)個(gè)翼面受受損時(shí)，也能保保持戰(zhàn)斗斗機(jī)的生生存能力力。一次次又一次次的可怕怕的核泄泄漏事件件，使人人們不得得不尋求求具有更更高可靠靠性和安安全性的的系統(tǒng)。作為

27、一一門(mén)交叉叉學(xué)科，容錯(cuò)控控制與魯魯棒控制制、故障障檢測(cè)與與診斷、自適應(yīng)應(yīng)控制、智能控控制等息息息相關(guān)關(guān)?，F(xiàn)代代控制理理論、信信號(hào)處理理、模式式識(shí)別、最優(yōu)化化方法、決策論論、統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)學(xué)等等構(gòu)成了了容錯(cuò)控控制的理理論基礎(chǔ)礎(chǔ)。容錯(cuò)錯(cuò)控制系系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)主要包包含兩個(gè)個(gè)問(wèn)題：故障診診斷機(jī)構(gòu)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)和容錯(cuò)錯(cuò)控制器器的設(shè)計(jì)計(jì)。故障障診斷技技術(shù)的發(fā)發(fā)展，是是應(yīng)用現(xiàn)現(xiàn)代控制制理論、數(shù)理統(tǒng)統(tǒng)計(jì)、人人工智能能等方法法分析處處理非正正常工況況下系統(tǒng)統(tǒng)特性的的結(jié)果；容錯(cuò)控控制則是是保證當(dāng)當(dāng)控制系系統(tǒng)中的的某些部部件發(fā)生生故障時(shí)時(shí)，系統(tǒng)統(tǒng)仍能按按期望的的性能指指標(biāo)或性性能指標(biāo)標(biāo)略有降降低（但但可接受受）的情情況下，還能安

28、安全地完完成控制制任務(wù)。顯然，控制系系統(tǒng)的故故障診斷斷和容錯(cuò)錯(cuò)控制有有著密切切的聯(lián)系系，故障障診斷技技術(shù)的發(fā)發(fā)展為容容錯(cuò)控制制的研究究提供了了必要的的基礎(chǔ)和和前提準(zhǔn)準(zhǔn)備，容容錯(cuò)控制制為故障障診斷的的研究注注入了新新的活力力，這兩兩個(gè)方面面以其重重要的理理論和實(shí)實(shí)踐上的的意義和和由此產(chǎn)產(chǎn)生的深深遠(yuǎn)的影影響成為為了引人人入勝的的研究熱熱點(diǎn)。1.3 預(yù)測(cè)控控制預(yù)測(cè)控控制的發(fā)發(fā)展主要要從實(shí)際際工業(yè)生生產(chǎn)過(guò)程程中衍生生出來(lái)的的，對(duì)于于系統(tǒng)模模型復(fù)雜雜，不容容易準(zhǔn)確確建立模模型的控控制系統(tǒng)統(tǒng)來(lái)說(shuō)，預(yù)測(cè)控控制能夠夠簡(jiǎn)單方方便地應(yīng)應(yīng)用到實(shí)實(shí)際工程程中，因因此預(yù)測(cè)測(cè)控制一一直以來(lái)來(lái)都是工工程界研研究的重重點(diǎn)。預(yù)

29、預(yù)測(cè)控制制理論已已經(jīng)趨近近完善，并且在在化工、電力、冶金、機(jī)械等等生產(chǎn)部部門(mén)的控控制系統(tǒng)統(tǒng)中得到到了比較較廣泛的的應(yīng)用。預(yù)測(cè)控制制是在上上世紀(jì)770 年年代末期期產(chǎn)生的的一類新新型的計(jì)計(jì)算機(jī)控控制方法法，實(shí)際際是一種種基于計(jì)計(jì)算機(jī)控控制的最最優(yōu)化算算法。近近30年年以來(lái)，預(yù)測(cè)控控制的發(fā)發(fā)展歷程程為：在在70 年代，工業(yè)預(yù)預(yù)測(cè)控制制算法大大多是以以控制對(duì)對(duì)象為非非參數(shù)模模型，人人們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程程的測(cè)驗(yàn)驗(yàn)中很容容易地知知道，采采用滾動(dòng)動(dòng)推移的的方法可可實(shí)現(xiàn)在在線的優(yōu)優(yōu)化控制制，無(wú)需需了解生生產(chǎn)的過(guò)過(guò)程和模模型的結(jié)結(jié)構(gòu)，可可以很方方便地設(shè)設(shè)計(jì)控制制器，在在工程應(yīng)應(yīng)用中該該算法顯顯示出了了良好的的控制

30、性性能，因因此得到到了廣泛泛的應(yīng)用用，比較較典型的的算法有有建立在在脈沖響響應(yīng)基礎(chǔ)礎(chǔ)上的預(yù)預(yù)測(cè)控制制算法、建立在在階躍響響應(yīng)序列列模型基基礎(chǔ)上的的動(dòng)態(tài)矩矩陣控制制(DMMC)、模型算算法控制制(MAAC)等等。而后后到了880 年年代初期期，人們們?cè)趫?jiān)持持模型預(yù)預(yù)測(cè)的最最小方差差自校正正控制、自適應(yīng)應(yīng)調(diào)制、在線辨辨識(shí)等原原理的基基礎(chǔ)上，吸取了了MACC、DMMC 中中的預(yù)測(cè)測(cè)優(yōu)化的的方法，結(jié)合預(yù)預(yù)測(cè)控制制中的多多步預(yù)測(cè)測(cè)優(yōu)化控控制策略略的思想想，發(fā)展展起來(lái)一一種廣義義預(yù)測(cè)控控制(GGeneerallizeed PPreddiettivee Coontrrol，簡(jiǎn)記為為GPCC)的自自適應(yīng)預(yù)預(yù)測(cè)

31、控制制算法。 在220 世世紀(jì)900 年代代，人們們?cè)谶@個(gè)個(gè)階段漸漸漸形成成了以最最優(yōu)控制制思想為為理論指指導(dǎo)的具具有可靠靠穩(wěn)定性性的預(yù)測(cè)測(cè)控制的的概略性性思路，從此，它的理理論研究究開(kāi)始了了新的飛飛躍，取取得了豐豐厚的研研究成果果。雖然然對(duì)預(yù)測(cè)測(cè)控制的的研究已已取得了了一些比比較好的的成果，但是到到目前為為止，仍仍不能將將它應(yīng)用用到實(shí)際際的工業(yè)業(yè)生產(chǎn)中中，主要要的原因因還是該該方法主主要采用用的是狀狀態(tài)空間間模型。同時(shí)綜綜合型預(yù)預(yù)測(cè)控制制思想存存在的另另一個(gè)問(wèn)問(wèn)題是狀狀態(tài)不可可測(cè)，而而采用狀狀態(tài)估計(jì)計(jì)器的預(yù)預(yù)測(cè)控制制綜合策策略在目目前來(lái)說(shuō)說(shuō)還比較較保守，仍在發(fā)發(fā)展中。通常情況況下，預(yù)預(yù)測(cè)控制

32、制在系統(tǒng)統(tǒng)每個(gè)采采樣點(diǎn)只只求解一一個(gè)優(yōu)化化問(wèn)題，然后得得到這個(gè)個(gè)采樣時(shí)時(shí)刻與未未來(lái)時(shí)刻刻的控制制作用，但是只只實(shí)際實(shí)實(shí)施這個(gè)個(gè)采樣點(diǎn)點(diǎn)刻的控控制作用用，在下下一個(gè)采采樣時(shí)刻刻，系統(tǒng)統(tǒng)會(huì)重復(fù)復(fù)上面的的優(yōu)化問(wèn)問(wèn)題?？偪傮w來(lái)說(shuō)說(shuō)，預(yù)測(cè)測(cè)控制是是一種在在給定時(shí)時(shí)域內(nèi)不不停地求求解同一一個(gè)優(yōu)化化問(wèn)題而而獲得控控制輸入入的方法法。由于預(yù)測(cè)測(cè)控制的的模型結(jié)結(jié)構(gòu)具有有不唯一一性，使使得它可可以根據(jù)據(jù)控制對(duì)對(duì)象的特特點(diǎn)，以以最簡(jiǎn)單單的方式式來(lái)處理理信息和和建立系系統(tǒng)的預(yù)預(yù)測(cè)模型型；由于于其優(yōu)化化模式和和預(yù)測(cè)模模式具有有非經(jīng)典典性，使使得它可可以在優(yōu)優(yōu)化過(guò)程程中把實(shí)實(shí)際系統(tǒng)統(tǒng)中存在在的不確確定因素素考慮進(jìn)進(jìn)來(lái)，形

33、形成動(dòng)態(tài)態(tài)優(yōu)化，處理多多種結(jié)構(gòu)構(gòu)形式的的優(yōu)化目目標(biāo)。它它讓設(shè)計(jì)計(jì)者可以以自由地地選擇所所需優(yōu)化化性能指指標(biāo)的形形式。因因此，預(yù)預(yù)測(cè)控制制的預(yù)測(cè)測(cè)和優(yōu)化化模式對(duì)對(duì)以前的的最優(yōu)控控制有一一點(diǎn)點(diǎn)地地修正，使建模模有所簡(jiǎn)簡(jiǎn)化，并并考慮到到了不確確定性和和其他復(fù)復(fù)雜性的的影響，因而更更加地接接近于復(fù)復(fù)雜系統(tǒng)統(tǒng)的實(shí)際際要求。預(yù)測(cè)控控制還可可以很好好地解決決有優(yōu)化化需求的的控制問(wèn)問(wèn)題，通通過(guò)在線線閉環(huán)控控制來(lái)實(shí)實(shí)施有效效地控制制策略以以克服各各種不確確定因素素產(chǎn)生的的影響。從應(yīng)用用的觀點(diǎn)點(diǎn)來(lái)看，它的最最大優(yōu)勢(shì)勢(shì)在于它它能以系系統(tǒng)直觀觀的方式式來(lái)約束束和處理理多變量量系統(tǒng)的的控制，迄今為為止，它它是唯一一具有

34、這這一特征征的先進(jìn)進(jìn)性控制制技術(shù)，并且它它被應(yīng)用用于過(guò)程程控制系系統(tǒng)領(lǐng)域域幾十年年來(lái)所取取得的成成功，充充分地證證明了預(yù)預(yù)測(cè)控制制有處理理復(fù)雜系系統(tǒng)的約約束優(yōu)化化控制問(wèn)問(wèn)題的巨巨大潛力力。課題主要要研究?jī)?nèi)內(nèi)容和重重點(diǎn)本文在對(duì)對(duì)國(guó)內(nèi)外外學(xué)者的的研究基基礎(chǔ)上，對(duì)基于于雙級(jí)矩矩陣變換換器的容容錯(cuò)控制制的原理理、基于于TSMMC帶永永磁同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)閉環(huán)控控制進(jìn)行行研究分分析，搭搭建仿真真模型。本文的的主要研研究?jī)?nèi)容容和結(jié)構(gòu)構(gòu)如下：第一章緒緒論部分分主要介介紹了容容錯(cuò)控制制和TSSMC的的研究背背景、意意義以及及國(guó)內(nèi)外外研究現(xiàn)現(xiàn)狀。第二章主主要介紹紹雙級(jí)矩矩陣變換換器的基基本知識(shí)識(shí)。包括括TSMMC的

35、拓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)、工作作原理、數(shù)學(xué)模模型，并并重點(diǎn)分分析了TTSMCC的調(diào)制制策略。最后根根據(jù)分析析結(jié)果進(jìn)進(jìn)行了基基于雙空空間矢量量調(diào)制的的TSMMC仿真真研究，得到仿仿真波形形。第三章主主要介紹紹基于雙雙級(jí)矩陣陣變換器器的永磁磁同步電電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱PPMSMM）矢量量控制系系統(tǒng)的原原理，簡(jiǎn)簡(jiǎn)要介紹紹了PMMSM的的結(jié)構(gòu)和和原理以以及數(shù)學(xué)學(xué)模型，介紹了了坐標(biāo)變變換的原原理，重重點(diǎn)分析析設(shè)計(jì)了了雙閉環(huán)環(huán)控制，設(shè)計(jì)電電流環(huán)PPI控制制器和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速環(huán)PPI控制制器，進(jìn)進(jìn)行仿真真，得到到仿真波波形。第四章介介紹基于于TSMMC的永永磁同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)電流預(yù)預(yù)測(cè)控制制系統(tǒng)，介紹了了預(yù)測(cè)控控制原理理，對(duì)負(fù)負(fù)載側(cè)和和

36、開(kāi)關(guān)組組合建立立數(shù)學(xué)模模型，對(duì)對(duì)電機(jī)輸輸出電流流進(jìn)行直直接預(yù)測(cè)測(cè)控制，對(duì)電機(jī)機(jī)進(jìn)行調(diào)調(diào)速控制制和穩(wěn)定定運(yùn)行，搭建仿仿真模型型，并得得到仿真真結(jié)果。第五章介介紹一種種基于直直接預(yù)測(cè)測(cè)控制的的容錯(cuò)控控制軟件件重構(gòu)法法，將預(yù)預(yù)測(cè)控制制與開(kāi)關(guān)關(guān)表結(jié)合合起來(lái)，通過(guò)預(yù)預(yù)測(cè)控制制對(duì)TSSMC的的開(kāi)關(guān)狀狀態(tài)直接接進(jìn)行調(diào)調(diào)制，對(duì)對(duì)于在故故障狀態(tài)態(tài)下的TTSMCC，容錯(cuò)錯(cuò)控制可可將故障障態(tài)的開(kāi)開(kāi)關(guān)屏蔽蔽，然后后使用預(yù)預(yù)測(cè)控制制從剩下下的健康康開(kāi)關(guān)狀狀態(tài)選取取出最適適合的開(kāi)開(kāi)關(guān)狀態(tài)態(tài)完成控控制動(dòng)作作。從而而補(bǔ)償開(kāi)開(kāi)關(guān)故障障的影響響。第六章探探討現(xiàn)有有研究中中的不足足，并對(duì)對(duì)以后的的研究進(jìn)進(jìn)行展望望，最后后總結(jié)全全文

37、。第二章 雙級(jí)矩矩陣變換換器的控控制研究究2.1 雙級(jí)矩矩陣變換換器的拓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)2.1.1 常常規(guī)矩陣陣變換器器到雙級(jí)級(jí)矩陣變變換的演演變CMC的的拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)如圖圖2-11(a)，且CCMC的的輸入輸輸出關(guān)系系可表示示為 （2.11）式中，uuA、uB、uC為三相相輸出電電壓，uua、ub、uc為三相相輸入電電壓，TT為CMMC的開(kāi)開(kāi)關(guān)變換換矩陣，代表了了輸入輸輸出的變變換關(guān)系系。Skkj代表表連接矩矩陣變換換器k相相輸入和和j相輸輸出的開(kāi)開(kāi)關(guān)狀態(tài)態(tài)，,Skjj=l表表示開(kāi)關(guān)關(guān)導(dǎo)通，Skjj =00表示開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)斷斷。常規(guī)矩陣陣變換器器拓?fù)?(b) 雙級(jí)矩矩陣變換換器拓?fù)鋼鋱D2-11 常規(guī)規(guī)矩

38、陣變變換器和和雙級(jí)矩矩陣變換換器的拓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)雙級(jí)矩矩陣變換換器中，設(shè)中間間兩點(diǎn)為為p、nn，對(duì)應(yīng)應(yīng)有電壓壓up、un其與三三相輸入入輸出電電壓的關(guān)關(guān)系為 （22.2） （2.33）式中Skkw、SSjw表示示k相、j相與與p、nn點(diǎn)之間間連接開(kāi)開(kāi)關(guān)的狀狀態(tài)，。根據(jù)式式（2.2）、式（22.3）可以得得到如圖圖2-11（b）所示的的拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)，即即為T(mén)SSMC的的拓?fù)洌c傳統(tǒng)統(tǒng)的ACC-DCC-ACC變換器器的拓?fù)鋼湎嗨?，包包含了AAC-DDC和DDC-AAC兩級(jí)級(jí)，即分分別為整整流級(jí)和和逆變級(jí)級(jí)。T1和T2分別為為整流級(jí)級(jí)和逆變變級(jí)的開(kāi)開(kāi)關(guān)變換換矩陣。結(jié)合式式（2.2）、（2.3），可得TT

39、SMCC輸入輸輸出電壓壓之間的的變換關(guān)關(guān)系式為為 （2.4）T=T11T2，T為T(mén)SSMC總總開(kāi)關(guān)變變換矩陣陣。與CCMC開(kāi)開(kāi)關(guān)變換換矩陣對(duì)對(duì)比可以以看出，SkppSjp+SSknSjn=11時(shí)，表表示k相相輸入和和j相輸輸出接通通，相當(dāng)當(dāng)于CMMC的驢驢Skjj=1；SkppSjp+SSknSjn=00時(shí)，表表示k相相輸入和和j相輸輸出斷開(kāi)開(kāi)，相當(dāng)當(dāng)于CMMC的SSkj=00。因此此，SkkpSjp+SSknSjn=SSkj，TTSMCC開(kāi)關(guān)變變換矩陣陣與CMMC開(kāi)關(guān)關(guān)變換矩矩陣等效效，二者者具有相相同的輸輸入輸出出變換功功能。2.1.2 典典型的雙雙級(jí)矩陣陣變換器器拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)TSMMC是直

40、直流環(huán)節(jié)節(jié)無(wú)需儲(chǔ)儲(chǔ)能元件件的三相相交流-直流-交流的的兩級(jí)變變換結(jié)構(gòu)構(gòu)。輸入入側(cè)的交交流-直直流電路路為整流流級(jí)，輸輸出側(cè)的的直流-交流電電路為逆逆變級(jí)。與傳統(tǒng)統(tǒng)的交-直-交交變換器器相比，TSMMC的直直流側(cè)不不需要濾濾波元件件。采用用空間矢矢量調(diào)制制技術(shù)時(shí)時(shí)，整流流級(jí)輸出出的直流流側(cè)電壓壓為PWWM電壓壓，逆變變級(jí)則將將直流PPWM電電壓轉(zhuǎn)換換成頻率率、幅值值可調(diào)的的三相交交流電。TSMMC的拓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)如圖22-2所所示。圖2-22 雙級(jí)級(jí)矩陣變變換器的的拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)要提供供能量雙雙向傳輸輸，TSSMC的的功率開(kāi)開(kāi)關(guān)要選選用雙向向功率開(kāi)開(kāi)關(guān)，由由于受電電力電子子技術(shù)的的限制，目前只只能用兩

41、兩個(gè)單向向功率開(kāi)開(kāi)關(guān)來(lái)組組成一個(gè)個(gè)雙向開(kāi)開(kāi)關(guān)，因因此，TTSMCC共需要要24個(gè)個(gè)單向開(kāi)開(kāi)關(guān)。然然而在一一定的約約束條件件下，如如控制整整流級(jí)的的輸出電電壓極性性始終為為正，則則逆變級(jí)級(jí)只需要要采用單單向開(kāi)關(guān)關(guān)，所以以就形成成了188個(gè)單向向開(kāi)關(guān)的的TSMMC電路路，如圖圖2-22所示。如果再再進(jìn)一步步增加約約束條件件，則TTSMCC的開(kāi)關(guān)關(guān)數(shù)量還還可以再再減少。如155開(kāi)關(guān)電電路和112開(kāi)關(guān)關(guān)電路，甚至99開(kāi)關(guān)電電路。在在此不深深入研究究，本文文中主要要以188開(kāi)關(guān)電電路的TTSMCC作為研研究對(duì)象象。2.2 雙空間間矢量調(diào)調(diào)制策略略2.2.1整流流級(jí)的空空間矢量量調(diào)制原原理設(shè)TSSMC的的

42、三相輸輸入相電電壓為 (22.5)式中表示示輸入相相電壓角角頻率；為輸入入相電壓壓幅值。 TTSMCC中兩級(jí)級(jí)電路協(xié)協(xié)調(diào)控制制，整流流級(jí)調(diào)制制的目的的是要得得到p極極為正，n極為為負(fù)的的的直流電電壓，同同時(shí)應(yīng)保保證能夠夠得到最最大的電電壓利用用率。將將輸入相相電壓劃劃分為66個(gè)扇區(qū)區(qū)，所以以如圖22-3所所示圖2-33 輸入入相電壓壓六扇區(qū)區(qū)劃分整流級(jí)六六個(gè)雙向向開(kāi)關(guān)可可合成六六個(gè)輸入入電流有有效空間間矢量，如圖圖2-44(a)所示，除除此之外外整流級(jí)級(jí)還有三三個(gè)零矢矢量。圖2-44 整流流級(jí)空間間矢量扇扇區(qū)分布布圖2-44(a)中括號(hào)號(hào)里的數(shù)數(shù)字按順順序分別別代表aa、b、c相橋橋臂上下下開(kāi)

43、關(guān)通通斷狀態(tài)態(tài)，“l(fā)l”表示示同直流流p極相相連的開(kāi)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通通，“00”表示示同直流流n極相相連的開(kāi)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通通，“XX”代表表所在相相上下開(kāi)開(kāi)關(guān)全部部處于斷斷開(kāi)狀態(tài)態(tài)。圖22-4（b）中中是輸入入電流參參考矢量量，在扇扇區(qū)中可可由相鄰鄰電流矢矢量和來(lái)來(lái)合成，以第一一扇區(qū)為為例，其其輸入電電流的參參考矢量量可通過(guò)過(guò)相鄰電電流矢量量和以及及零矢量量合成，他們對(duì)對(duì)應(yīng)的開(kāi)開(kāi)關(guān)狀態(tài)態(tài)分別為為“1XX0”、 “110X”,在相相應(yīng)開(kāi)關(guān)關(guān)狀態(tài)下下產(chǎn)生的的電壓分分別為和和。設(shè)、分別別為、的開(kāi)關(guān)關(guān)占空比比，可得得開(kāi)關(guān)占占空比的的計(jì)算公公式為 （22.6）式中，（）為電電流調(diào)制制系數(shù)。2.2.2 逆逆變級(jí)的的空間

44、矢矢量調(diào)制制原理逆變級(jí)級(jí)六個(gè)開(kāi)開(kāi)關(guān)可合合成六個(gè)個(gè)線電壓壓有效空空間矢量量（）和和兩個(gè)零零矢量，圖2.5(aa)中括括號(hào)里的的數(shù)字按按順序分分別代表表A、BB、C三三相橋臂臂上下開(kāi)開(kāi)關(guān)通斷斷狀態(tài)，“1”表表示同直直流p極極相連的的開(kāi)關(guān)導(dǎo)導(dǎo)通，“0”表表示同直直流n極極相連的的開(kāi)關(guān)導(dǎo)導(dǎo)通。其余開(kāi)關(guān)關(guān)處于關(guān)關(guān)斷狀態(tài)態(tài)。為了了分析的的方便，假設(shè)直直流電壓壓恒定，線電壓壓有效空空間矢量量幅值為為，如圖圖2.55(b)所示。圖2-55 逆變變級(jí)空間間矢量扇扇區(qū)分布布設(shè)是要要得到的的某一瞬瞬間的輸輸出線電電壓空間間矢量，處于逆逆變級(jí)空空間矢量量扇區(qū)的的某一個(gè)個(gè)扇區(qū)，如圖22-5（a）所所示?？煽捎善湎嘞噜弮?/p>

45、有有效矢量量和以及及零矢量量合成，如圖22-5（b）所所示。他他們的關(guān)關(guān)系式為為 (22.7)式中、分分別為、的調(diào)制制占空比比逆變級(jí)級(jí)電壓矢矢量的占占空比為為 (22.8)式中（）為逆變變級(jí)調(diào)制制系數(shù)。圖2-66 一個(gè)個(gè)PWMM開(kāi)關(guān)周周期內(nèi)兩兩級(jí)開(kāi)關(guān)關(guān)協(xié)調(diào)控控制過(guò)程程逆變級(jí)的的調(diào)制與與整流級(jí)級(jí)協(xié)調(diào)進(jìn)進(jìn)行，如如圖2-6所示示，在一一個(gè)PWWM期內(nèi)內(nèi)，以第第一扇區(qū)區(qū)為例，逆變級(jí)級(jí)分別在在整流級(jí)級(jí)輸出的的和下進(jìn)進(jìn)行調(diào)制制，如圖圖2-66（a）所示。在這兩兩個(gè)不同同的電壓壓下逆變變級(jí)分別別采用的的電壓矢矢量是相相同，且且在兩個(gè)個(gè)直流電電壓下逆逆變級(jí)電電壓矢量量的調(diào)制制占空比比是相同同的，圖圖2-66（

46、b）為逆變變級(jí)的開(kāi)開(kāi)關(guān)矢量量分配。逆變級(jí)級(jí)開(kāi)關(guān)采采用常規(guī)規(guī)的死區(qū)區(qū)換流，整流級(jí)級(jí)開(kāi)關(guān)采采用零電電流換流流，當(dāng)逆逆變級(jí)輸輸出零電電壓時(shí)，整流級(jí)級(jí)的開(kāi)關(guān)關(guān)進(jìn)行切切換，如如圖2-6（cc）所示示，將逆逆變級(jí)的的零電壓壓矢量進(jìn)進(jìn)行分配配，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)零電流流換流。2.2.3 TTSMCC的開(kāi)關(guān)關(guān)函數(shù)如要得得到的參參考輸入入電流矢矢量位于于整流級(jí)級(jí)矢量扇扇區(qū)中的的第一扇扇區(qū)，可可以推導(dǎo)導(dǎo)出一個(gè)個(gè)PWMM周期內(nèi)內(nèi)直流平平均電壓壓為 (22.9)其矩陣形形式為 = (22.100)設(shè)TSSMC直直流平均均電流為為常量，可得整整流級(jí)三三相輸入入電流為為 (2.11)其矩陣形形式為 = (2.112)式中為整整流級(jí)第

47、第一扇區(qū)區(qū)占空比比調(diào)制變變換矩陣陣 (2.13)同理可可推導(dǎo)出出當(dāng)要合合成的參參考輸入入電流矢矢量位于于其他扇扇區(qū)時(shí)的的占空比比形式的的調(diào)制變變換矩陣陣。設(shè)為輸輸入功率率因數(shù)角角，在第第一扇區(qū)區(qū)內(nèi)，將將其和式式（2.6）帶帶入式（2.113）中中可得第第一扇區(qū)區(qū)調(diào)制變變換矩陣陣對(duì)應(yīng)的的開(kāi)關(guān)函函數(shù) (2.114)將式（2.114）帶帶入式（2.112）中中，得 = (2.15)由式（22.155）可知知，為常常量時(shí)，整流級(jí)級(jí)三相輸輸入電流流正弦對(duì)對(duì)稱，其其相位滯滯后輸入入相電壓壓。通過(guò)過(guò)對(duì)中的的設(shè)置可可以調(diào)節(jié)節(jié)輸入功功率因數(shù)數(shù)角，因因此將仍仍稱為輸輸入功率率因數(shù)控控制量。對(duì)于118開(kāi)關(guān)關(guān)的TSS

48、MC，的調(diào)節(jié)節(jié)范圍為為（）。假設(shè)逆逆變級(jí)輸輸出線電電壓矢量量位于逆逆變級(jí)矢矢量扇區(qū)區(qū)中的第第一扇區(qū)區(qū)時(shí)，其其三相輸輸出線電電壓在一一個(gè)PWWM周期期內(nèi)的平平均值為為 (22.166)在一個(gè)個(gè)PWMM周期內(nèi)內(nèi)直流電電流平均均值用矩矩陣形式式表示為為 (22.177)式中，為為輸出相相電流，為逆變變級(jí)第一一扇區(qū)的的占空比比形式的的調(diào)制變變換矩陣陣 (2.18)同理可可推導(dǎo)出出逆變級(jí)級(jí)其他扇扇區(qū)的調(diào)調(diào)制變換換矩陣。設(shè)參考考輸出相相電壓角角頻率為為，初始始相位角角為，則則各扇區(qū)區(qū)(j為為區(qū)間號(hào)號(hào))。所所以可得得通用逆逆變級(jí)開(kāi)開(kāi)關(guān)函數(shù)數(shù)為 (22.199)決定了了TSMMC期望望輸出電電壓的頻頻率，決決

49、定了輸輸出電壓壓的初相相角，決決定了輸輸出電壓壓幅值。定義一個(gè)個(gè)參考相相電壓, 與整整流級(jí)的的通用開(kāi)開(kāi)關(guān)函數(shù)數(shù)的頻率率和相位位相同，且幅值值為1，可得 (22.200)以整流流級(jí)第一一扇區(qū)為為例，結(jié)結(jié)合式（2.114）和和式（22.200）可得得到參考考電壓和和占空比比之間的的關(guān)系為為 (22.211)由此可可得到占占空比的的簡(jiǎn)化算算法 同理可可求得其其他扇區(qū)區(qū)的開(kāi)關(guān)關(guān)占空比比計(jì)算公公式。見(jiàn)見(jiàn)表2-1。表2-11 整流流級(jí)的開(kāi)開(kāi)關(guān)占空空比計(jì)算算對(duì)于逆逆變級(jí)來(lái)來(lái)說(shuō)，同同樣也可可得到占占空比的的簡(jiǎn)化算算法，定定義一個(gè)個(gè)與逆變變級(jí)通用用開(kāi)關(guān)函函數(shù)頻率率和相位位相同的的參考電電壓 (2.222)以逆變

50、變級(jí)第一一扇區(qū)為為例，結(jié)結(jié)合式（2.118）、式（22.199）和式式（2.22）可得到到參考電電壓與開(kāi)開(kāi)關(guān)占空空比的關(guān)關(guān)系為= (22.233)由此得得到逆變變級(jí)開(kāi)關(guān)關(guān)占空比比的簡(jiǎn)化化計(jì)算公公式同理可可求得其其他扇區(qū)區(qū)的開(kāi)關(guān)關(guān)占空比比的簡(jiǎn)化化計(jì)算公公式，見(jiàn)見(jiàn)表2-2。表2-22 逆變變級(jí)的開(kāi)開(kāi)關(guān)占空空比計(jì)算算2.3 仿真研研究圖2-77 TSSMC帶帶阻感負(fù)負(fù)載的仿仿真模型型如圖22-7所所示，本本文使用用MATTLABB軟件搭搭建了基基于TSSMC帶帶阻感負(fù)負(fù)載的仿仿真模型型，采用用雙空間間矢量調(diào)調(diào)制策略略。其中模型型參數(shù)為為：輸入入電源為為三相對(duì)對(duì)稱的正正弦電壓壓，相電電壓為2220VV

51、，頻率率為500Hz；輸入輸輸出端各各有一個(gè)個(gè)LC濾濾波器，輸入端端LC濾濾波電感感為5000uHH，電容容為455uF，輸出端端LC濾濾波電感感為9000uHH，電容容為177uF；負(fù)載為為三相對(duì)對(duì)稱的阻阻感負(fù)載載，其中中每一相相電感為為3mHH，每一一相電阻阻為5；調(diào)制制周期為為0.11ms;仿真采采用odde155s算法法。設(shè)置整流流級(jí)的參參考電壓壓和逆變變級(jí)的參參考電壓壓的幅值值均為11V，頻頻率為550Hzz,仿真真得到輸輸出端未未加濾波波器的線線電壓如如圖2-8所示示；濾波波后的輸輸出線電電壓如圖圖2-99所示；以及中中間環(huán)節(jié)節(jié)的直流流電壓如如圖2-10所所示。由由仿真結(jié)結(jié)果可看看

52、出，輸輸出線電電壓幅值值與輸入入電源的的電壓幅幅值為11倍的關(guān)關(guān)系，其其頻率與與參考電電壓的頻頻率一致致，相位位未發(fā)生生變化。圖2-88 未濾濾波的輸輸出線電電壓波形形圖2-99 濾波波后輸出出線電壓壓波形圖2-110 直直流電壓壓波形設(shè)置逆逆變級(jí)的的參考電電壓幅值值為0.5V，頻率為為50HHz，得得到輸出出線電壓壓波形如如圖2-11所所示，其其電壓幅幅值此時(shí)時(shí)為電源源電壓的的0.55倍，頻頻率不變變。圖2-111 幅幅值為00.5倍倍的輸出出線電壓壓波形如圖22-122所示為為整流級(jí)級(jí)參考電電壓時(shí)的的輸入電電壓和輸輸入電流流的波形形；圖22-133所示為為，和的的波形。由圖22-122和圖

53、22-133對(duì)比可可知通過(guò)過(guò)改變整整流級(jí)的的參考電電壓的輸輸入功率率因數(shù)角角可以改改變輸入入電壓與與輸入電電流之間間的相位位差，從從而調(diào)節(jié)節(jié)TSMMC的輸輸入功率率因數(shù)。圖2-112 和和的波形形圖2-112 和和的波形形2.4 本章小小結(jié)本章比比較了CCMC與與TSMMC的拓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)以及輸輸出性能能，介紹紹了TSSMC的的拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)，對(duì)對(duì)基于TTSMCC的雙空空間矢量量調(diào)制策策略進(jìn)行行了分析析。最后后搭建了了仿真模模型，得得到仿真真波形。第三章 基于雙雙級(jí)矩陣陣變換器器的永磁磁同步電電機(jī)矢量量控制3.1 永磁同同步電機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)以以及數(shù)學(xué)學(xué)模型3.1.1 永永磁同步步電機(jī)的的結(jié)構(gòu)永磁同同步電動(dòng)

54、動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小小、重量量輕、損損耗小、效率高高，和直直流電機(jī)機(jī)相比，它沒(méi)有有直流電電機(jī)的換換向器和和電刷等等缺點(diǎn)。和異步步電動(dòng)機(jī)機(jī)相比，它由于于不需要要無(wú)功勵(lì)勵(lì)磁電流流，因而而效率高高，功率率因數(shù)高高，力矩矩慣量比比大，定定子電流流和定子子電阻損損耗減小小，且轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子參數(shù)數(shù)可測(cè)、控制性性能好；但它與與異步電電機(jī)相比比，也有有成本高高、起動(dòng)動(dòng)困難等等缺點(diǎn)。和普通通同步電電動(dòng)機(jī)相相比，它它省去了了勵(lì)磁裝裝置，簡(jiǎn)簡(jiǎn)化了結(jié)結(jié)構(gòu)，提提高了效效率。永永磁同步步電機(jī)矢矢量控制制系統(tǒng)能能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)高精度度、高動(dòng)動(dòng)態(tài)性能能、大范范圍的調(diào)調(diào)速或定定位控制制，因此此永磁同同步電機(jī)機(jī)矢量控控制系統(tǒng)統(tǒng)引起了了國(guó)內(nèi)外

55、外學(xué)者的的廣泛關(guān)關(guān)注。永磁同同步電動(dòng)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁鋼鋼的幾何何形狀不不同，使使得轉(zhuǎn)子子磁場(chǎng)在在空間的的分布可可分為正正弦波和和梯形波波兩種。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子子旋轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)，在定定子上產(chǎn)產(chǎn)生的反反電動(dòng)勢(shì)勢(shì)波形也也有兩種種：一種種為正弦弦波；另另一種為為梯形波波。這樣樣就造成成兩種同同步電動(dòng)動(dòng)機(jī)在原原理、模模型及控控制方法法上有所所不同，為了區(qū)區(qū)別由它它們組成成的永磁磁同步電電動(dòng)機(jī)交交流調(diào)速速系統(tǒng)，習(xí)慣上上又把正正弦波永永磁同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)組成的的調(diào)速系系統(tǒng)稱為為正弦型型永磁同同步電動(dòng)動(dòng)機(jī)（PPMSMM）調(diào)速速系統(tǒng)。 永磁同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子磁磁路結(jié)構(gòu)構(gòu)不同，則電動(dòng)動(dòng)機(jī)的運(yùn)運(yùn)行特性性、控制制系統(tǒng)等等也不同同。

56、根據(jù)據(jù)永磁體體在轉(zhuǎn)子子上的位位置的不不同，永永磁同步步電動(dòng)機(jī)機(jī)主要可可分為：表面式式和內(nèi)置置式。在在表面式式永磁同同步電動(dòng)動(dòng)機(jī)中，永磁體體通常呈呈瓦片形形，并位位于轉(zhuǎn)子子鐵心的的外表面面上，這這種電機(jī)機(jī)的重要要特點(diǎn)是是直、交交軸的主主電感相相等；而而內(nèi)置式式永磁同同步電機(jī)機(jī)的永磁磁體位于于轉(zhuǎn)子內(nèi)內(nèi)部，永永磁體外外表面與與定子鐵鐵心內(nèi)圓圓之間有有鐵磁物物質(zhì)制成成的極靴靴，可以以保護(hù)永永磁體。這種永永磁電機(jī)機(jī)的重要要特點(diǎn)是是直、交交軸的主主電感不不相等。因此，這兩種種電機(jī)的的性能有有所不同同。3.1.2 永永磁同步步電機(jī)的的數(shù)學(xué)模模型1、定子子電壓方方程為 （3.11）式中、是是定子電電流的ddq

57、軸分分量；RR是定子子的電阻阻；、為為定子磁磁鏈的ddq軸分分量；是是同步電電角速度度；代表表極對(duì)數(shù)數(shù)； 代代表永磁磁體磁鏈鏈。2、定子子磁鏈方方程為 （3.22）3、電磁磁轉(zhuǎn)矩計(jì)計(jì)算公式式 （3.33）4、運(yùn)動(dòng)動(dòng)方程不計(jì)摩摩擦力矩矩作用時(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)方程為為 （3.44）式中為電電機(jī)的機(jī)機(jī)械旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角速度度。J為電機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量和和負(fù)載的的轉(zhuǎn)動(dòng)慣慣量之和和。3.2 坐標(biāo)變變換原理理在分析析永磁同同步電機(jī)機(jī)的矢量量控制之之前需對(duì)對(duì)DQ坐坐標(biāo)變換換進(jìn)行一一定了解解，通過(guò)過(guò)DQ坐坐標(biāo)變換換可以將將復(fù)雜的的三相交交流電的的控制問(wèn)問(wèn)題轉(zhuǎn)化化為對(duì)直直流電的的控制，在電機(jī)機(jī)控制中中實(shí)現(xiàn)在在DQ軸軸上的解解耦

58、控制制。通常我我們?cè)趯?shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)控制時(shí)時(shí)會(huì)用到到如下幾幾種坐標(biāo)標(biāo)變換方方法：靜靜止的三三相和兩兩相坐標(biāo)標(biāo)系間進(jìn)進(jìn)行變換換(3ss/2ss變換)，及其其反變換換(2ss/3ss變換)；靜止止兩相和和旋轉(zhuǎn)兩兩相坐標(biāo)標(biāo)系間變變換(22s/22r變換換)，及及其反變變換(22r/22s變換換)；三三相靜止止和兩相相旋轉(zhuǎn)坐坐標(biāo)系間間變換(3s/2r變變換)，及其反反變換(2r/3s變變換)。三相靜止止坐標(biāo)系系變換到到兩相靜靜止坐標(biāo)標(biāo)系（AABC-）圖3-11 靜止止的三相相和兩相相坐標(biāo)變變換原理理圖根據(jù)磁動(dòng)動(dòng)勢(shì)和功功率相等等的等效效原則，兩相與與三相的的合成磁磁動(dòng)勢(shì)相相等，即即圖3-1中，兩相與與三相繞

59、繞組的磁磁動(dòng)勢(shì)在在坐標(biāo)軸軸上投影影相等，即 (33.5) (3.66)其矩陣形形式為： (33.7)應(yīng)考慮到到坐標(biāo)變變換前后后的總功功率不變變，所以以，式（3.77）中匝匝數(shù)比。可得 (3.8)所以，靜靜止的三三相和兩兩相坐標(biāo)標(biāo)系間坐坐標(biāo)變換換的變換換矩陣為為 (3.99)可得其反反變換的的變換矩矩陣為 (33.133)2、靜靜止兩相相坐標(biāo)系系和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)兩相坐坐標(biāo)系的的坐標(biāo)變變換（-dq）圖3-22靜止止的兩相相坐標(biāo)系系和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的兩相相坐標(biāo)系系由圖3-2可知知 (33.144)其矩陣形形式為： (3.15)進(jìn)而，可可求得 (33.166)所以，靜靜止兩相相和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)兩相坐坐標(biāo)系間間變換矩矩陣 (3

60、.117)可得其反反變換的的變換矩矩陣為 (3.118)3、三相相靜止坐坐標(biāo)系和和兩相旋旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)標(biāo)系之間間的坐標(biāo)標(biāo)變換（ABCC-dqq）由前面面推導(dǎo)的的結(jié)論可可進(jìn)一步步得到三三相靜止止坐標(biāo)系系和兩相相旋轉(zhuǎn)坐坐標(biāo)系之之間的坐坐標(biāo)變換換矩陣為為 (3.19) (33.200)變換陣可可變?yōu)橄孪旅娴男涡问?(33.211)其反變換換矩陣是是3.3 永磁同同步電機(jī)機(jī)矢量控控制系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1 矢矢量控制制方法永磁同同步電機(jī)機(jī)矢量控控制常用用方法有有：最大大轉(zhuǎn)矩/電流控控制、弱弱磁控制制、直接接轉(zhuǎn)矩控控制、=0控制制。在本本文中采采用的是是=0控控制方法法。根據(jù)式式（3.4）可可知轉(zhuǎn)速速控制系系統(tǒng)