09.26 學術動態：單繞組無軸承開關磁阻電機的繞組開路故障容錯控制策略

無軸承開關磁阻電機（Bearingless Switched Reluctance Motor, BSRM）的研究始於20世紀末，它將磁懸浮軸承中的控制繞組疊繞在開關磁阻電機（Switched Reluctance Motor, SRM）定子槽中，是一種同時具備旋轉和懸浮功能的新型電機。

BSRM除了具備SRM的固有優勢（如結構簡單堅固、耐高溫、容錯性強、便於維護和高速適應性好等），還可以避免電機高速運行時軸承的發熱和磨損問題。目前，關於BSRM的研究已取得一系列進展，主要包括電機結構的改進、數學模型的建立以及控制技術的研究等^[1-11]。

單繞組BSRM的定子齒上僅有一套繞組，結構簡單，但由於各齒極繞組電流均單獨控制，使得電機磁場控制較為複雜。為了同時實現電機的旋轉和懸浮功能，傳統的電流控制方法通過建立精確的數學模型進行電流實時跟蹤，但換相期間仍存在較大的懸浮力波動。並且由於雙凸極結構的固有特性，傳統控制方法下的電機轉矩脈動較大^[1-6]。

基於矢量控制的思想，德國學者M. Depenbrok等首先提出了應用於感應電機的直接轉矩控制（Direct Torque Control, DTC）方法。2000年以後，Y. Fukuda等^[12]將DTC運用於SRM，該方法可以很好地抑制轉矩脈動。針對轉矩直接調節的方法還有滑模控制^[13]、神經網絡控制^[14]和轉矩分配函數

^[15]等，將其他控制算法與DTC結合也是目前的研究趨勢^[16-18]。

文獻[19]提出了一種單繞組BSRM的直接瞬時轉矩控制和直接懸浮力控制（Direct Instantaneous Torque Control & Direct Force Control, DITC&DFC）方法，將瞬時轉矩和懸浮力作為直接被控量，解決了單繞組BSRM傳統電流控制造成的轉矩脈動大和懸浮力波動大的問題，具有算法簡單、動態響應快等優點。

在電機容錯控制方面，文獻[20]研究了雙繞組BSRM在缺相運行時的轉矩、懸浮力協調控制方法，實現了電機缺相情況下的穩定懸浮。相比於雙繞組BSRM，單繞組BSRM由於各齒極繞組電流獨立控制，容錯運行技術更為靈活。

文獻[21]研究了12/8極單繞組BSRM繞組開路故障下的運行性能，針對幾種典型的故障類型提出了不同的補償方式。文獻[22]則實現了單繞組BSRM的繞組短路故障下的容錯運行，併兼顧轉矩性能進行了數學模型的優化。

南京航空航天大學多電飛機電氣系統工信部重點實驗室的張蕾、曹鑫、鄧智泉、周京星，在2018年第15期《電工技術學報》上撰文，基於文獻[19]提出的DITC&DFC方法，針對單繞組BSRM單齒極繞組開路故障，研究其容錯運行控制策略。

首先，介紹了12/8極單繞組BSRM的懸浮機理，其後在分析DITC&DFC工作原理的基礎上，根據故障補償原理給出了容錯運行時的不平衡電壓符號選擇表，通過Matlab/Simulink模型仿真以及原理樣機實驗，實現了基於DITC&DFC的單繞組BSRM單齒極繞組開路故障容錯運行。