永磁容错电机电磁转矩脉动抑制及故障运行时的无传感器控制方法研究

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基本信息

  • 批准号：
    51707004
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    21.0万
  • 负责人：
    徐金全
  • 依托单位：
    北京航空航天大学
  • 学科分类：
    E0703.电机及其系统
  • 结题年份：
    2020
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

In order to improve the fault tolerant performance and the reliability of permanent magnet synchronous motor system in aerospace electric-servo/ electric-drive application, this project focuses on the basic scientific research of electromagnetic torque ripple suppression and sensorless control under fault condition for fault tolerant permanent magnet synchronous motor (FTPMSM). The main innovations of this project are threefold. First, we reveal the analytical mapping relationship between fault modes and extreme fault tolerant performance of FTPMSM system. After that, the fault tolerant control with thermal constraints is proposed, which is able to guarantee the continual operation with the ripple-free electromagnetic torque and long operating time for the FTPMSM under fault condition. Second, the influence mechanism of different fault transient on FTPMSM system performance is analyzed, and the adaptive robust control is proposed to improve the system performance in fault transient. Third, the sensorless detection mechanism of the FTPMSM under fault condition is revealed, and the sensorless control based on two phase asymmetric winding is proposed to achieve the position and speed detection of the FTPMSM under fault condition. In addition, the experimental platform of the FTPMSM system is developed to verify the effectiveness of the proposed control methods. This project can lay a foundation of theory and technology for the application of the FTPMSM system in aerospace electric-servo/ electric-drive field.
为满足航空航天电伺服/驱动领域用永磁同步电机系统在容错性能和可靠性等方面日益提高的需求，开展永磁容错电机电磁转矩脉动抑制及故障运行时的无传感器控制方法的基础科学研究，通过考虑热效应的容错驱动方法、抑制故障暂态的主动控制方法及电机故障运行时的位置/速度无传感器检测方法等方面的创新性研究工作，旨在揭示永磁容错电机系统不同故障模式与极限容错性能的映射关系，明晰不同故障模式引起的暂态对系统性能的影响机理及电机故障运行时的位置/速度无传感器检测机理。提出基于热量约束的容错驱动方法和抑制故障暂态的自适应鲁棒控制方法，改善系统故障后的电磁转矩脉动和故障暂态时的系统性能。提出基于非对称两相绕组的电机位置和速度无传感器检测方法，实现与机械式传感器的非相似冗余，提高系统的可靠性。构建系统实验平台，通过实验验证所提出方法的有效性。本项目研究可为永磁容错电机系统在航空航天电伺服/驱动领域的应用奠定理论和技术基础。

结项摘要

为满足航空航天电伺服/驱动领域用永磁同步电机系统在容错运行性能和可靠性等方面日益提高的需求，解决目前永磁容错电机系统故障暂态和故障后电磁转矩脉动大、系统长时运行性能难以保证、无法实现非故障绕组处于不对称运行状态时的位置/速度无传感器检测等问题，开展了永磁容错电机电磁转矩脉动抑制及故障运行时的无传感器控制方法研究工作。. 通过建立的永磁容错电机系统级联合仿真计算模型，明确了不同故障模式与电机系统极限容错性能的非线性映射关系，提出了基于热量约束的容错驱动方法，保证了系统故障后电磁转矩的平稳输出和长时运行性能。. 揭示了不同相开路/短路故障暂态对电机系统性能的影响机理，明确了不同故障模式引起的暂态对电机系统电磁转矩脉动的影响规律，提出了抑制故障暂态的鲁棒控制方法，提升了系统对各种扰动的鲁棒性，改善了故障暂态时的系统性能。. 阐明了基于非故障两相绕组反电动势的无传感器检测机理，提出了基于鲁棒观测器和非正交锁相环的中高速段无传感器控制方法，保证了永磁容错电机系统正常情况和故障运行时的无位置/速度传感器控制性能。. 明确了基于非故障两相绕组高频信号注入的无传感器检测机理，提出了基于实时电感观测器和非正交锁相环的低速段无传感器控制方法，保证了永磁容错电机系统正常情况和故障运行时的低速段无位置/速度传感器控制性能。. 开展了永磁容错电机系统容错性能的实验验证研究，验证了所提出的基于热量约束的去容错驱动方法、抑制故障暂态的鲁棒控制方法和电机故障运行时的无传感器控制方法的有效性。. 本项目的研究是对现有永磁容错电机系统设计理论和方法的补充和丰富，具有重要的学术价值，相关研究成果可为永磁容错电机系统在航空航天电伺服/驱动领域的应用奠定理论与技术基础。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（5）
专利数量（6）
Non-proportionally scaled-down model approach to solar array drive system performance prediction considering control strategy
考虑控制策略的太阳能电池阵驱动系统性能预测的非比例缩小模型方法
  • DOI：
    10.1109/access.2018.2868962
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    IEEE Access
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Guo Hong;Zhou Tong;Xu Jinquan
  • 通讯作者：
    Xu Jinquan
Optimal robust control design for constrained uncertain systems: a fuzzy-set theoretic approach
约束不确定系统的最优鲁棒控制设计：模糊集理论方法
  • DOI：
    10.1109/tfuzz.2018.2834320
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    IEEE Transactions on Fuzzy Systems
  • 影响因子：
    11.9
  • 作者：
    Xu Jinquan;Du Yutao;Chen Ye Hwa;Guo Hong
  • 通讯作者：
    Guo Hong
Guaranteeing performance for uncertain nonlinear systems with bounded state constraint and mismatching condition
保证具有有界状态约束和失配条件的不确定非线性系统的性能
  • DOI：
    10.1002/asjc.2236
  • 发表时间：
    2019-09
  • 期刊：
    Asian Journal of Control
  • 影响因子：
    2.4
  • 作者：
    Xu Jinquan;Fang Hao;Chen Ye-Hwa;Guo Hong;Ding Xiaofeng
  • 通讯作者：
    Ding Xiaofeng
功率级无刷直流电动机四象限运行模拟器设计
  • DOI：
    10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0441
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    北京航空航天大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张磊;郭宏;徐金全
  • 通讯作者：
    徐金全
Influence analysis of slot parameters and high torque density optimisation for dual redundant permanent magnet motor in aerospace application
航空航天双冗余永磁电机槽参数影响分析及高扭矩密度优化
  • DOI：
    10.1049/iet-epa.2019.0724
  • 发表时间：
    2020-03
  • 期刊：
    IET Electric Power Applications
  • 影响因子：
    1.7
  • 作者：
    Xu Jinquan;Zhang Boyi;Kuang Xiaolin;Guo Hong;Guo Si
  • 通讯作者：
    Guo Si

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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