1、電力電子變換技術的高速發(fā)展，使電機驅動系統(tǒng)擺脫了三相供電網(wǎng)絡的制約，相數(shù)的增加提高了系統(tǒng)的控制自由度和設計靈活性。多相電機驅動系統(tǒng)因其具有轉矩脈動小、輸出功率大、容錯能力強、可靠性能高等諸多優(yōu)點，在艦船電力推進、城市軌道交通、航空航天以及武器裝備等領域，引起了科研人員的廣泛關注。論文以五相永磁同步電機(PMSM)為研究對象，對繞組磁動勢(MMF)的諧波分析方法、精確數(shù)學模型的建立、高性能脈寬調制(PWM)算法的實現(xiàn)、電機驅動系統(tǒng)的故障診

2、斷以及故障后容錯控制策略的實施等方面進行了深入的理論研究和實驗驗證。
　　首先，論文基于繞組函數(shù)理論和傅立葉變換的方法，分析了具有集中整距繞組結構的五相PMSM產生的氣隙磁動勢在時間和空間上的分布規(guī)律，研究了各次諧波磁動勢在機電能量轉換過程中起到的不同作用。通過坐標系之間的等效變換，建立了五相PMSM在正常運行狀態(tài)下和繞組開路故障狀態(tài)下的數(shù)學模型。根據(jù)電磁轉矩方程可知，正常運行狀態(tài)下通過注入三次諧波電流可以提高電機的輸出轉矩；繞組

3、開路故障狀態(tài)下通過注入三次諧波電流可以消除電機的轉矩脈動。采用基于轉子磁場定向的矢量控制方法，可以實現(xiàn)對基波電流和三次諧波電流的獨立控制。
　　其次，對五相電壓源逆變器(VSI)的脈寬調制算法進行了深入研究。將傳統(tǒng)的兩矢量SVPWM算法直接擴展到五相VSI中，可以獲得較高的直流電壓利用率，但同時也在輸出相電壓中引入了低次諧波分量，不利于驅動系統(tǒng)的長期運行。四矢量SVPWM算法可以輸出標準的正弦波相電壓，但調制系數(shù)卻有所減小，且運算

4、過程比較復雜。本文通過重新構造基本的空間電壓矢量，對現(xiàn)有的四矢量SVPWM算法進行改進，該方法具有與兩矢量SVPWM算法相同的線性調制范圍，并可最大限度地抑制諧波電壓的產生，實現(xiàn)了輸出相電壓從標準正弦波到非正弦波的平滑過渡。通過對調制函數(shù)及諧波頻譜進行比較分析，探討了注入零序分量的載波型PWM算法與各種SVPWM算法的等效關系。
　　再次，研究了五相電壓源逆變器功率管開路故障的診斷方法。對逆變器發(fā)生的故障進行實時有效的診斷與隔離，

5、進而采取相應的容錯控制策略實現(xiàn)系統(tǒng)的安全運行，是提高多相電機驅動系統(tǒng)可靠性的有效途徑。通過比較不同的負載轉矩對逆變器輸出電壓和電流變量產生的影響，可知基于電流的故障診斷方法容易受到負載擾動和控制策略等因素的影響，且診斷時間至少需要一個基波周期。分析了逆變器極電壓誤差的產生原理和表現(xiàn)形式，將經(jīng)過標準化處理的極電壓誤差值作為診斷變量，根據(jù)邏輯電平的變化來獲取故障特征信息，實現(xiàn)了功率管開路故障的快速診斷和定位。采用將診斷變量與設定好的閥值相比

6、較的方法，消除了測量誤差產生的影響；通過設置診斷變量的最小持續(xù)時間，避免了死區(qū)時間和開關延時引起的誤診斷，提高了診斷方法的魯棒性。該方法獨立于負載電流和母線電壓，適用于各種控制策略，且診斷時間限定在開關周期的量級。
　　最后，研究了五相PMSM定子繞組發(fā)生開路故障時的容錯控制策略。依據(jù)故障前后繞組產生的磁動勢保持不變的原則，通過求解非線性方程組計算得到容錯電流的幅值和相位。根據(jù)一相定子繞組開路故障狀態(tài)下五相PMSM的數(shù)學模型，結合