文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
六相无轴承薄片电机容错控制技术研究
姓名:盛旺
申请学位级别:硕士
专业:电力电子与电力传动
指导教师:王晓琳
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
无轴承薄片电机除了具有普通无轴承永磁电机自有的无润滑、无机械噪音、寿命长、集成
度高等优点以外,还具有结构简单、轴向利用率高、体积小、成本低、可靠性高等特点。因而
其在医疗化工、现代半导体工业、生命科学、航空航天等超纯净领域以及高速驱动领域具有独
特的应用优势。
本文以六相无轴承薄片电机为研究对象,研究其故障状态下的容错控制技术,主要研究内
容包括:
首先,介绍了六相无轴承薄片电机的结构及工作原理,推导了某相绕组发生短路故障时的
短路电流表达式,研究了短路电流与电机各参数之间的关系;并分析了某相绕组突然发生短路
故障后,短路电流对转子所受悬浮力与转矩的影响。
其次,提出了基于定子电流重构原则的短路故障容错控制策略。该策略通过对非故障相绕
组定子电流加入悬浮力与转矩分量进行补偿,满足了电机稳定运行所需的悬浮力与转矩,并给
出各相绕组出现短路故障时的非故障相绕组定子电流数学模型。在此基础上,结合断路与短路
故障容错控制策略,又提出了适用于一般故障状态更具通用性的容错控制策略,并研究了该电
机各种故障状态下容错控制的可行性。仿真分析与实验结果均验证了本文所述容错控制策略的
正确性。
最后,建立了六相无轴承薄片电机的有限元仿真模型。基于故障后故障相绕组定子电流的
特点,提出了一种断路及短路故障检测方法,可以实时判断电机的工作状态。并设计了实验平
台的控制系统软件,包括:转子转角及转速计算、悬浮力及转矩计算、故障检测程序以及上述
两种容错控制策略的控制程序。

关键词:容错控制,无轴承,短路故障,故障检测,薄片电机

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本课题受国家自然科学基础基金(50977043)资助。
I
六相无轴承薄片电机容错控制技术研究
Abstract
The bearingless slice motor not only has the advantages that the ordinary bearingless PM motors
have, such as without lubrication, no mechanical noise, long life and high integration, but also has
some characters like simple structure, high axial-utilization, small volume, low cost and high
reliability. So it has unique application advantages in high speed driving and the ultra-pure fields
including medical industry, modern semiconductor manufacture, biology, and aerospace industry.
This paper takes the six-phase bearingless slice motor as the research object, researching the
fault-tolerant control of the motor with faulty phases. The mainly work can be concluded as follow:
Firstly, the structure and the working principle of the six-phase bearingless slice motor were
introduced. The short-circuit current of the faulty phase was derived, and the relationship between the
short-circuit current and each parameter of the motor was researched. Then, the influence of the
levitation force and torque caused by the short-circuit current was analyzed.
Secondly, a sh