蔣雪峰, 黃文新, 李 潔, 王紹帥, 徐 波

(1．南京理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院, 南京 210094;2.南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院, 南京 210016)

0 引 言

近年來，隨著飛機(jī)電氣化的快速發(fā)展，多電飛機(jī)已成為國(guó)內(nèi)外航空領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[1-5]。目前多電飛機(jī)主要有美國(guó)F-22和F-35戰(zhàn)斗機(jī)，空客A380和波音B787，分別代表軍、民航空領(lǐng)域最先進(jìn)技術(shù)[1-5]。據(jù)報(bào)道，未來10年全球民用飛機(jī)總值將達(dá)2萬億美元，而國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中國(guó)制造2025》中，指出力爭(zhēng)到2025年，我國(guó)實(shí)現(xiàn)超2000億的民用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)營(yíng)收[4]。由此可見，飛機(jī)的發(fā)展在我國(guó)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。

對(duì)于當(dāng)前前沿的多電飛機(jī)，其特征是將傳統(tǒng)飛機(jī)上的部分氣壓、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)替換成電作動(dòng)系統(tǒng)，從而可以大大減輕飛機(jī)重量，減少燃料的使用，節(jié)省運(yùn)行成本，使多電飛機(jī)具有體積小，重量輕，能源消耗少等優(yōu)點(diǎn)，顯著提高了飛機(jī)的可維護(hù)性和可靠性等[1-3]。圖1顯示了傳統(tǒng)飛機(jī)逐漸向多電飛機(jī)過渡的能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布圖，圖中可以看出傳統(tǒng)飛機(jī)主要包括四種二次能源系統(tǒng)即機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，由于存在多種能源共存，使得飛機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)臃腫、發(fā)動(dòng)機(jī)附件復(fù)雜和安裝空間緊張，檢修維護(hù)變得困難，且存在氣壓能和液壓能發(fā)生泄露等危險(xiǎn)，將會(huì)造成飛機(jī)可靠性差、故障率高以及降低飛機(jī)運(yùn)行性能等問題。

圖1 傳統(tǒng)飛機(jī)向多電飛機(jī)過渡的能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布

因此在傳統(tǒng)飛機(jī)的起落架控制系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、舵面控制系統(tǒng)、燃油泵系統(tǒng)以及機(jī)翼除冰等系統(tǒng)的液壓和氣壓部分都逐漸被電作動(dòng)系統(tǒng)替代，發(fā)揮了重要作用。其中航空法規(guī)中就有規(guī)定：在飛機(jī)飛行過程中，發(fā)生的電氣故障不應(yīng)該導(dǎo)致飛機(jī)飛行停擺或者推進(jìn)力控制的損失，即在關(guān)鍵部件中任意單一電氣故障都不應(yīng)該引起系統(tǒng)額定轉(zhuǎn)矩或額定輸出功率的減少[5-9]。因此，用于多電飛機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，除了要滿足飛機(jī)的基本性能要求，還需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具備故障情況下的高容錯(cuò)性和高可靠性，從而保障飛機(jī)的穩(wěn)定和安全，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)就必然會(huì)采用到容錯(cuò)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外比較成熟的容錯(cuò)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括永磁容錯(cuò)電機(jī)容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機(jī)容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和雙余度電機(jī)容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[4-8]。通過對(duì)這三種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的比較可以發(fā)現(xiàn)永磁容錯(cuò)電機(jī)容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與雙余度電機(jī)容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，它具有更強(qiáng)的容錯(cuò)能力，與開關(guān)磁阻電機(jī)容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，它具有更穩(wěn)定的輸出性能，所以永磁容錯(cuò)電機(jī)容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛研究和高度關(guān)注，也是目前來說極具前景的一種容錯(cuò)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[2-3,5-9]。因此，本文主要針對(duì)永磁容錯(cuò)電機(jī)及其容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析與研究。

本文首先針對(duì)當(dāng)前研究較多、關(guān)注較高、極具前景的永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了現(xiàn)有永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，然后對(duì)永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹與分析，最后對(duì)現(xiàn)有常見的各種航空用永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合性能的對(duì)比分析。并對(duì)航空用高可靠永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)未來的發(fā)展進(jìn)行了討論與展望。

1 永磁容錯(cuò)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

近年來，由于永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高可靠性和強(qiáng)容錯(cuò)性，得到了越來越多的關(guān)注，具有巨大的發(fā)展前景。其中三相、四相、五相、六相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)得到了廣泛研究，同時(shí)，也有不少學(xué)者對(duì)雙繞組、三通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、冗余式磁通切換永磁電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、三通道三相永磁輔助式同步磁阻電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等進(jìn)行了研究[5-20]。

1.1 三相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

圖2為應(yīng)用于飛機(jī)舵面電作動(dòng)系統(tǒng)中的三相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖[5]，該永磁容錯(cuò)電機(jī)的結(jié)構(gòu)是十二槽十極，電樞繞組采用的繞制方式是集中式隔齒繞制，并由A、B、C三相繞組組成，每相繞組由一套H橋逆變器電路驅(qū)動(dòng)和一個(gè)獨(dú)立的供電電源供電，因此需要三套H橋逆變器和三個(gè)獨(dú)立供電電源，磁隔離和抑制短路電流是該電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。由于歐洲空客公司的A380飛機(jī)機(jī)翼只提供三個(gè)交流供電電源，因此剛好適用于該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)更多的獨(dú)立電源與驅(qū)動(dòng)逆變器也會(huì)帶來飛機(jī)的空間和體積增加、硬件成本變高以及系統(tǒng)控制復(fù)雜化等問題。一方面該容錯(cuò)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較好的控制性能，電機(jī)能提供3.4 Nm的力矩和10000 r/min的轉(zhuǎn)速，通過變速器可以精確控制飛機(jī)后緣襟翼的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的穩(wěn)定飛行。另一方面，在電機(jī)發(fā)生一相繞組故障的情況下，該容錯(cuò)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠通過剩余兩相保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，展現(xiàn)了該電機(jī)良好的容錯(cuò)性能[5-9]。

1.2 四相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

飛機(jī)燃油泵系統(tǒng)主要是按飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)所要求壓力和流量向發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)不間斷地供油，飛機(jī)電驅(qū)動(dòng)燃油泵系統(tǒng)是用于代替當(dāng)前傳統(tǒng)的飛機(jī)液壓燃油泵系統(tǒng)，這樣便于節(jié)省空間、增加效率、提高可靠性和降低維護(hù)性。飛機(jī)電驅(qū)動(dòng)燃油泵系統(tǒng)常采用的電機(jī)是一種四相永磁容錯(cuò)電機(jī)，如圖3所示。

圖3 飛機(jī)燃油泵用四相永磁容錯(cuò)電機(jī)

該四相永磁容錯(cuò)電機(jī)采用的是八槽六極的結(jié)構(gòu)，電機(jī)定子采用的是集中式隔齒繞制繞組，有四相繞組，每相繞組采用一套H橋逆變器電路驅(qū)動(dòng)，每個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)獨(dú)立的供電電源供電[9]。該類容錯(cuò)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000 r/min，最大功率可達(dá)100 kW。該飛機(jī)電驅(qū)動(dòng)燃油泵系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地控制燃油流量與實(shí)際需求所匹配，可減少燃油消耗、運(yùn)行和維護(hù)成本。同時(shí)，該系統(tǒng)還具備較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單一電氣故障時(shí)，系統(tǒng)仍能持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行[5-9]。

1.3 五相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

2002年以來，英國(guó)謝菲爾德大學(xué)的D.Howe教授、汪佳斌教授等學(xué)者提出了模塊化永磁容錯(cuò)電機(jī)的概念[10]，圖4為五相模塊化永磁容錯(cuò)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖。所提出的容錯(cuò)電機(jī)不僅具有磁隔離、熱隔離、電氣隔離、物理隔離等優(yōu)點(diǎn)，還可以抑制短路電流提高系統(tǒng)安全性，其中單個(gè)模塊化定子采用集中繞組形式，每一相模塊化繞組都由一個(gè)H橋逆變器驅(qū)動(dòng)電路單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，并且每個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)獨(dú)立的供電電源供電。圖5所示為美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院L.Parsa教授等學(xué)者提出了一種五相分?jǐn)?shù)槽分布式繞組內(nèi)嵌式PMSM，實(shí)驗(yàn)分析表明采用五相分?jǐn)?shù)槽分布繞組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電機(jī)具有很低的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)[31]。

圖4 五相模塊化永磁容錯(cuò)電機(jī)

圖5 五相內(nèi)嵌式永磁容錯(cuò)電機(jī)

此外，美國(guó)的T.A.Lipo教授提出了基于軟磁復(fù)合材料的模塊化永磁容錯(cuò)電機(jī)[11]，美國(guó)的M.T.Abolhassani教授提出了雙層集中繞組的五相永磁容錯(cuò)電機(jī)[12]。

圖6為國(guó)內(nèi)江蘇大學(xué)趙文祥教授團(tuán)隊(duì)提出的五相模塊化磁通切換永磁容錯(cuò)電機(jī)(M-FSPM)，采取10/18極拓?fù)洌⑶乙肴蒎e(cuò)齒與電樞齒交錯(cuò)分布實(shí)現(xiàn)相間解耦，結(jié)合了傳統(tǒng)磁通切換電機(jī)與多相電機(jī)優(yōu)點(diǎn)，提升了容錯(cuò)性能[37]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭萍教授等學(xué)者近年來對(duì)電動(dòng)汽車用五相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得了較好的成果[13-16]。

圖6 五相模塊化磁通切換永磁容錯(cuò)電機(jī)

1.4 六相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1996年，英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的B.C.Mecrow教授首次提出了六相八極非備份式永磁容錯(cuò)電機(jī)[5-9]，2008年以來，國(guó)內(nèi)南京航空航天大學(xué)的胡育文教授、黃文新教授、郝振洋博士等學(xué)者對(duì)電力作動(dòng)器用六相十極永磁容錯(cuò)電機(jī)進(jìn)行了深入研究[17]。圖7為六相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中六相繞組分別由六個(gè)獨(dú)立的H橋逆變器驅(qū)動(dòng)電路單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，并且每個(gè)H橋驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)獨(dú)立的供電電源供電，既保障了各相的獨(dú)立和安全，又可以使系統(tǒng)發(fā)生單相故障的情況下，采用剩余的五個(gè)模塊化單相進(jìn)行容錯(cuò)運(yùn)行。

圖7 六相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1.5 雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

圖8為一種基于雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)的飛機(jī)起落架電作動(dòng)系統(tǒng)圖。該系統(tǒng)主要包含兩個(gè)位置傳感器、兩個(gè)微控制器、兩個(gè)離合器電磁閥、一個(gè)變速器和一個(gè)雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)，可以用于代替當(dāng)前傳統(tǒng)的飛機(jī)起落架液壓作動(dòng)系統(tǒng)。其中電機(jī)采用的是二十四槽二十極的雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)，能夠提供額定轉(zhuǎn)速1000 r/min和額定轉(zhuǎn)矩12 Nm，通過變速器和離合器實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)起落架的精確控制[5-9]。

圖8 基于雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)的飛機(jī)起落架電動(dòng)系統(tǒng)

此外，南京航天航空大學(xué)的黃文新教授、蔣雪峰博士等學(xué)者針對(duì)飛機(jī)電作動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用提出了一種高可靠性雙繞組永磁容錯(cuò)(Dual-winding Fault-tolerant Permanent Magnet，DFPM)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[18-19]。高可靠性雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖9所示，該雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由十二槽定子和五對(duì)極表貼式永磁體轉(zhuǎn)子組成，其中十二槽定子包含兩套相互獨(dú)立且對(duì)稱的三相電樞繞組，分別為ABC繞組和XYZ繞組，繞制方式為單層集中式隔齒繞制，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)為磁鋼離心式。高可靠性DFPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖10所示，它包含一臺(tái)高可靠性的DFPM電機(jī)、兩套能耗制動(dòng)電路(R1、S1和R2、S2)、兩套三相全橋驅(qū)動(dòng)電路以及兩個(gè)獨(dú)立270 V的直流電源(Udc1和Udc2)。每套三相繞組分別由三相全橋驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，每個(gè)三相全橋驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)獨(dú)立的供電電源供電。當(dāng)一套三相繞組出現(xiàn)故障時(shí)，只需將故障套繞組從系統(tǒng)切除，讓剩余的正常套繞組繼續(xù)正常工作即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容錯(cuò)運(yùn)行。

圖9 高可靠性雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)結(jié)構(gòu)

圖10 高可靠性雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖11 DFPM電機(jī)A相繞組短路故障態(tài)磁力線和磁密分布

圖11為DFPM電機(jī)在有限元仿真軟件Ansoft Maxwell上進(jìn)行的建模和仿真，假設(shè)A相繞組端部發(fā)生短路故障，通過仿真可以看到電機(jī)內(nèi)部的磁力線和磁密分布情況，其中各相繞組之間幾乎沒有磁力線的耦合，同時(shí)短路故障繞組A相也沒有產(chǎn)生磁力線，仿真表明DFPM電機(jī)在短路故障情況下依然具有很好的磁隔離性能。DFPM電機(jī)定轉(zhuǎn)子軛部磁密不大于1.6 T，DFPM電機(jī)定子齒磁密不大于1.8 T，不會(huì)超過硅鋼片的飽和值，在短路故障情況下仍然滿足材料磁密飽和度的設(shè)計(jì)要求。

1.6 冗余式磁通切換永磁電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

圖12為江蘇大學(xué)趙文祥教授提出的12/10極冗余式磁通切換永磁電機(jī)(R-FSPM)電機(jī)結(jié)構(gòu)，圖13為其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，定子采取6相繞組，12個(gè)定子凸極各包含一塊條形永磁體。在磁極上的兩個(gè)相對(duì)的繞組形成一個(gè)線圈，如線圈A1和A2。在傳統(tǒng)的12/10 R-FSPM電機(jī)中，線圈A1和A2串聯(lián)構(gòu)成A相。

與定子具有永磁體PMSM相比，R-FSPM電機(jī)結(jié)合了SR電機(jī)和轉(zhuǎn)子-PM電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有堅(jiān)固的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、良好的磁體冷卻條件和較高的功率密度。與容錯(cuò)電機(jī)相比，R-FSPM電機(jī)具有繞組結(jié)構(gòu)冗余、電路和磁路相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn)，從而可以故障態(tài)容錯(cuò)運(yùn)行[40,41]。

圖12 冗余式磁通切換永磁電機(jī)

圖13 冗余式磁通切換永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1.7 三通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

三通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖14所示[20]，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括了三通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)和三套三相全橋驅(qū)動(dòng)電路，其中電機(jī)由三套三相繞組組成，采取集中式繞組結(jié)構(gòu)，分別為A1、B1、C1三相繞組、A2、B2、C2三相繞組和A3、B3、C3三相繞組，而每套三相繞組分別由一個(gè)三相全橋驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和一個(gè)獨(dú)立的供電電源供電，因此該系統(tǒng)需要三個(gè)獨(dú)立供電電源和三套三相全橋驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)一個(gè)通道的三相繞組出現(xiàn)故障時(shí)，只需將發(fā)生故障的三相繞組通道從系統(tǒng)切除，讓剩余的兩個(gè)通道的正常套繞組繼續(xù)正常工作即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容錯(cuò)運(yùn)行[20]。

圖14 三通道永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1.8 三通道三相永磁輔助式同步磁阻電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

英國(guó)謝菲爾德大學(xué)汪佳斌教授團(tuán)隊(duì)提出的三通道三相永磁輔助式同步磁阻電機(jī)如圖14所示，電機(jī)繞組采用分布式結(jié)構(gòu)，每套三相繞組分別由一個(gè)三相全橋驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在繞組開路、開關(guān)開路故障或控制故障的情況下，三相繞組的故障組應(yīng)通過打開所有的逆變開關(guān)而停止工作，剩余正常驅(qū)動(dòng)橋提供系統(tǒng)所需的功率。實(shí)驗(yàn)分析表明在各種故障情況下采取相應(yīng)的容錯(cuò)控制方案具有良好的容錯(cuò)能力。另外所提出的繞組隔離方案也適用于同步磁阻電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)等在關(guān)鍵場(chǎng)合的應(yīng)用[38]。

圖15 三通道三相永磁輔助式同步磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1.9 其他永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

近二十年來，學(xué)者們還對(duì)七相、十相、十二相、十五相、雙轉(zhuǎn)子永磁容錯(cuò)電機(jī)、雙定子永磁容錯(cuò)電機(jī)等其他永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，例如，東南大學(xué)的程明教授、安徽大學(xué)的杭俊博士等學(xué)者對(duì)九相磁通切換永磁容錯(cuò)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究[21]，北京航空航天大學(xué)郭宏教授、徐金全博士等學(xué)者對(duì)十相雙定子雙轉(zhuǎn)子永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究[7]，江蘇大學(xué)的趙文祥教授等學(xué)者還對(duì)永磁容錯(cuò)游標(biāo)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、容錯(cuò)式永磁游標(biāo)直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究[16,22-23]，江蘇大學(xué)的朱孝勇教授，北京理工大學(xué)劉向東教授等學(xué)者對(duì)雙轉(zhuǎn)子磁通切換永磁容錯(cuò)電機(jī)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的研究[24]，東南大學(xué)林明耀教授等學(xué)者對(duì)磁通切換永磁容錯(cuò)電機(jī)進(jìn)行了深入研究[43]，南京航空航天大學(xué)周波教授等學(xué)者對(duì)雙定子雙凸極電機(jī)容錯(cuò)性能進(jìn)行了全面的研究分析[44]。

圖16為北京航空航天大學(xué)郭宏教授、徐金全博士等學(xué)者研究的十相雙定子雙轉(zhuǎn)子永磁容錯(cuò)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖[7]。該電機(jī)包含A、B兩套定轉(zhuǎn)子，其中每套永磁容錯(cuò)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子采用的是五相八極單層集中繞組式結(jié)構(gòu)，其額定功率為200 W，額定轉(zhuǎn)速為6000 r/min，額定轉(zhuǎn)矩為0.3 Nm，額定電流5 A，具有抑制短路電流和磁隔離等優(yōu)點(diǎn)。其中每套定轉(zhuǎn)子的每相繞組都是由一個(gè)獨(dú)立的H橋逆變器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)獨(dú)立的28 V電源對(duì)A、B兩套定轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)電路分別進(jìn)行供電，最后實(shí)驗(yàn)表明該十相雙定子雙轉(zhuǎn)子永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較好的容錯(cuò)能力。

圖16 十相永磁容錯(cuò)電機(jī)結(jié)構(gòu)

除此之外，針對(duì)多電飛機(jī)單電源供電體制，以及永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器存在功率開關(guān)管、獨(dú)立電源數(shù)過多，控制策略復(fù)雜等問題，為使高可靠性DFPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電電源適應(yīng)于單電源供電體制，提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障后利用率，南京理工大學(xué)的蔣雪峰博士等學(xué)者研究提出了基于橋臂冗余的DFPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[25]。如圖17所示即為基于橋臂冗余的DFPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)包括DFPM電機(jī)、兩套三相全橋驅(qū)動(dòng)電路、控制開關(guān)(S1和S2)、熔斷器、冗余橋臂(T13和T14)和獨(dú)立的270V直流電源。為實(shí)現(xiàn)冗橋臂與ABC繞組或XYZ繞組的星形相連，系統(tǒng)中加入了控制開關(guān)S1或S2。同時(shí)為抑制中性線電流，改善冗余橋臂輸出波形質(zhì)量，冗余橋臂與電機(jī)中性點(diǎn)之間加入了中性線電感L0。該容錯(cuò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)ABC繞組和XYZ繞組中一相繞組或者多相繞組的開路或短路故障容錯(cuò)[25]。

圖17 基于橋臂冗余的DFPM電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖

圖18為北京交通大學(xué)劉向東教授提出的雙轉(zhuǎn)子永磁容錯(cuò)電機(jī)，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子通過端部法蘭連接。定子嵌套在內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間。內(nèi)轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子繞組結(jié)合作為內(nèi)電機(jī)，外轉(zhuǎn)子和外部定子繞組作為外電機(jī)。內(nèi)外電機(jī)采用相同的極槽數(shù)。內(nèi)部和外部繞組可以采取串聯(lián)或并聯(lián)刑事，根據(jù)內(nèi)外繞組連接形式不同可以選取不同的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，內(nèi)外繞組串聯(lián)可采取一套三相驅(qū)動(dòng)橋或H橋驅(qū)動(dòng)拓?fù)?，?nèi)外繞組并聯(lián)形式可采取兩套獨(dú)立的三相驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此外，采用單層繞組結(jié)構(gòu)隔離故障相和其他正常相，且并聯(lián)連接比串聯(lián)具有更好的電磁特性和容錯(cuò)能力。由于外部轉(zhuǎn)子采取懸臂式機(jī)械結(jié)構(gòu)，所以一般適用于低速應(yīng)用場(chǎng)合[42]。

圖18 雙轉(zhuǎn)子永磁容錯(cuò)電機(jī)

圖19為東南大學(xué)林明耀教授、張蔚博士提出軸向磁通磁通切換電機(jī)容錯(cuò)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)表明采用E形磁芯的中間齒，使相繞組之間不發(fā)生物理接觸，與傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自感度大大提高，互感比降低了51%，當(dāng)磁通加強(qiáng)時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩將得到改善。當(dāng)磁通減弱時(shí)，可在基準(zhǔn)速度以上運(yùn)行。因此，與傳統(tǒng)的U形結(jié)構(gòu)磁芯相比，該電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩密度大、速度范圍寬、容錯(cuò)性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)[43]。

圖19 軸向磁通磁通切換永磁電機(jī)

2 永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略的研究現(xiàn)狀

分析可知，永磁容錯(cuò)電機(jī)不僅具有永磁電機(jī)體積小、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、效率高等特點(diǎn)，還具有磁隔離、熱隔離、電氣隔離、物理隔離和抑制短路電流等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生電氣故障時(shí)，電機(jī)性能將會(huì)大大降低，為保證系統(tǒng)能夠維持正常功能，此時(shí)就需要采用必要的容錯(cuò)控制策略[5-9,25-36]。下面將對(duì)永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制策略進(jìn)行詳細(xì)介紹：

2.1 基于電機(jī)特性表的查表容錯(cuò)控制策略

1996年以后，英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的B.C.Mecrow教授等學(xué)者提出了基于電機(jī)特性表的查表容錯(cuò)控制策略，主要針對(duì)六相八極非備份式永磁容錯(cuò)電機(jī)系統(tǒng)和四相六極永磁容錯(cuò)電機(jī)系統(tǒng)，其控制框圖如圖20所示，可以看出主要將采樣到的電壓、電流、轉(zhuǎn)子角度信號(hào)送到電機(jī)特性表，通過查表得到相應(yīng)的給定電流，從而產(chǎn)生特定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的容錯(cuò)運(yùn)行[26-28]。

圖20 基于電機(jī)特性表的容錯(cuò)控制

2.2 基于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩的容錯(cuò)控制策略

2002年以后，英國(guó)謝菲爾德大學(xué)的D.Howe教授、J.B.Wang教授等學(xué)者以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小為優(yōu)化目標(biāo)提出了基于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩的容錯(cuò)控制策略[10]。隨后2010年，他們又提出了適用于弱磁區(qū)域的多相電機(jī)最優(yōu)轉(zhuǎn)矩容錯(cuò)控制策略，其控制框圖如圖21所示，主要包括了轉(zhuǎn)矩估計(jì)器、電流限制器、加權(quán)因子調(diào)整模塊以及最優(yōu)轉(zhuǎn)矩控制模塊，在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小的目標(biāo)基礎(chǔ)上，再引入氣隙合成磁鏈幅值最小進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)弱磁區(qū)域的容錯(cuò)控制[29]。

圖21 基于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩的容錯(cuò)控制

2.3 基于故障態(tài)解耦的矢量控制策略

2004年，韓國(guó)首爾大學(xué)S.Seung-Ki教授等學(xué)者針對(duì)五相電機(jī)提出了基于故障態(tài)解耦的矢量控制策略，將電流轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量分別進(jìn)行解耦控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的容錯(cuò)運(yùn)行[30]。

2.4 基于磁動(dòng)勢(shì)守恒的容錯(cuò)控制策略

2005年，美國(guó)德州農(nóng)工大學(xué)的H.A.Toliyat教授等學(xué)者針對(duì)五相永磁容錯(cuò)電機(jī)研究了基于磁動(dòng)勢(shì)守恒的容錯(cuò)控制策略，其控制框圖如圖22所示，通過在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中加入分離的母線和中性點(diǎn)連接線，從而產(chǎn)生零序分量來提供一個(gè)不受干擾的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，當(dāng)發(fā)生單相或者多相開路故障時(shí)，此磁動(dòng)勢(shì)可以合成缺相的磁動(dòng)勢(shì)，從而保證電機(jī)在故障情況下提供足夠的轉(zhuǎn)矩，實(shí)驗(yàn)表明該容錯(cuò)方法能夠?qū)收蠣顟B(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行有效改善[31]。

圖22 基于磁動(dòng)勢(shì)守恒的容錯(cuò)控制

2.5 基于瞬時(shí)功率理論的容錯(cuò)控制策略

2007年，美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院的L.Parsa教授等學(xué)者以弱化電機(jī)容錯(cuò)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)為目標(biāo)提出了基于最優(yōu)電流的容錯(cuò)控制策略[32]。2011年，L. Parsa教授等學(xué)者又提出了基于瞬時(shí)功率理論的容錯(cuò)控制策略，其控制框圖如圖23所示，對(duì)五相永磁容錯(cuò)電機(jī)的定子相電流和轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行了故障檢測(cè)和滯環(huán)控制，該方法的目的在于保持電機(jī)繞組故障前后的輸出功率不變，因此故障后剩余相繞組的電流幅值會(huì)比正常時(shí)大[33]。2013年，該團(tuán)隊(duì)又將基于瞬時(shí)功率理論的容錯(cuò)控制策略和最優(yōu)電流的容錯(cuò)控制策略應(yīng)用于繞組為五角星形連接的五相容錯(cuò)電機(jī)[34]。

圖23 基于瞬時(shí)功率理論的容錯(cuò)控制

近年來，國(guó)內(nèi)的東南大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、江蘇大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)等單位也相繼進(jìn)行了容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)類似的容錯(cuò)控制技術(shù)研究，并且取得了一定的成果[6-8,13-19,21-24,35-36]。

2.6 容錯(cuò)控制策略研究現(xiàn)狀分析

通過分析可知，基于電機(jī)特性表的查表容錯(cuò)控制策略雖然控制簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)，但存在電機(jī)特性表因容錯(cuò)電機(jī)功率等級(jí)的差別而不同以及前期電機(jī)特性表測(cè)量工作量巨大等問題，且該控制算法不具備較好的移植性，因此該控制策略受到了一定的限制。

另外，基于故障態(tài)解耦的矢量控制策略雖然省去電流滯環(huán)控制可以減小電流波動(dòng)，但在解耦過程中會(huì)存在計(jì)算量大、占用內(nèi)存大以及運(yùn)算復(fù)雜等問題。在基于最優(yōu)轉(zhuǎn)矩、基于磁動(dòng)勢(shì)守恒以及基于瞬時(shí)功率理論的容錯(cuò)控制策略中，都是采用滯環(huán)控制的方法對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行控制，因此會(huì)存在開關(guān)頻率不固定、電流波動(dòng)大等問題。同時(shí)，這幾種控制策略給定電流通常是采用離線計(jì)算在線應(yīng)用的形式，計(jì)算的過程中將會(huì)涉及到電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，且參數(shù)在電機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)有一定的變化，疊加檢測(cè)誤差后將會(huì)產(chǎn)生一定的參數(shù)偏差，從而導(dǎo)致理論分析與實(shí)際應(yīng)用所產(chǎn)生的效果有所不同?？偟膩碚f，當(dāng)前的容錯(cuò)控制方法仍存在或多或少的問題，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性和容錯(cuò)性上依然有進(jìn)一步提升的空間。

3 現(xiàn)有航空用永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)綜合性能的對(duì)比分析

表1 現(xiàn)有航空用永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對(duì)比

常見的航空用永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要可以分為兩大類，第一類是多個(gè)模塊化單相容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(n+1)，如三相、四相、五相、六相永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；第二類是多通道三相容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(3n+3)，如雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、三通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[5-9,18-20]。

理論上，多個(gè)模塊化單相容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供的容錯(cuò)能力與其相數(shù)成正比，但是，相數(shù)的增加也會(huì)使系統(tǒng)成本和復(fù)雜度成比例的增加。由于當(dāng)容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相數(shù)超過六相時(shí)，系統(tǒng)將變得過于復(fù)雜，成本過于昂貴，同時(shí)也增加了單個(gè)通道的故障發(fā)生概率，因此容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相數(shù)一般不超過六相。現(xiàn)有研究最多的多個(gè)模塊化單相容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要為三相、四相、五相、六相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；現(xiàn)有研究最多的多通道三相容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要為雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、三通道、四通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

表1提供了現(xiàn)有的航空用永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的綜合性能對(duì)比分析結(jié)果。從表中可以明確看出各個(gè)永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中相結(jié)構(gòu)形式、電機(jī)相數(shù)、故障后通道數(shù)、所需獨(dú)立電源個(gè)數(shù)、功率開關(guān)管數(shù)量和整體容量功率比。例如，六相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障后通道數(shù)為5，所需獨(dú)立電源個(gè)數(shù)為6個(gè)，所需功率開關(guān)管數(shù)量為24個(gè)，整體容量功率比為1.2。

為了更直觀地了解各種永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在功率開關(guān)管數(shù)量和整體容量功率比方面的對(duì)比情況，圖24中給出了永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在的功率開關(guān)管數(shù)量和整體容量功率比方面的對(duì)比圖。

圖24 永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在功率開關(guān)管數(shù)量和整體容量功率比方面的對(duì)比圖

從表1和圖24中可以看出，對(duì)于多個(gè)模塊化單相容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(n+1)和多通道三相容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(3n+3)，隨著模塊數(shù)n的增加，系統(tǒng)整體容量功率比將減小，所需功率開關(guān)管數(shù)量將增加，所需獨(dú)立電源數(shù)量也將增加。

綜合對(duì)比分析后，可發(fā)現(xiàn)如下結(jié)果：

(1)在具有容錯(cuò)能力方面

即故障后仍能提供通道進(jìn)行持續(xù)容錯(cuò)運(yùn)行的能力，除了標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)的三相電機(jī)外，其余的三相、四相、五相、六相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、三通道和四通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都具備容錯(cuò)運(yùn)行能力。

(2)在所需獨(dú)立電源個(gè)數(shù)上

雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只需要2個(gè)獨(dú)立電源，是具有容錯(cuò)運(yùn)行能力系統(tǒng)中所需獨(dú)立電源個(gè)數(shù)最少的；其次是三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和三通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，只需3個(gè)獨(dú)立電源；而六相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需的獨(dú)立電源個(gè)數(shù)最多，需要6個(gè)獨(dú)立電源。

(3)在所需功率開關(guān)管數(shù)量上

三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只需要12個(gè)功率開關(guān)管，是具有容錯(cuò)運(yùn)行能力系統(tǒng)中所需功率開關(guān)管數(shù)量最少的；其次是四相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，只需16個(gè)功率開關(guān)管；而六相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和四通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需的功率開關(guān)管數(shù)量最多，需要24個(gè)功率開關(guān)管。

(4)在整體容量功率比方面

當(dāng)功率輸出需求一定時(shí)，能夠提供的整體容量功率比(kVA/kW)越大，其系統(tǒng)具有的容量空間就越大，功率輸出能力就越強(qiáng)。雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有的整體容量功率比最大，為2倍；其次是三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和三通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其整體容量功率比為1.5倍；而六相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是具有容錯(cuò)運(yùn)行能力系統(tǒng)中整體容量功率比最小的，為1.2倍，即只能當(dāng)一相繞組出現(xiàn)故障后能提供100%的額定功率，當(dāng)出現(xiàn)兩相或三相繞組故障時(shí)就只能降額運(yùn)行了，出現(xiàn)三相繞組故障時(shí)，只能輸出60%的額定功率了，從而不再具有提供100%額定功率的能力。

(5)在容錯(cuò)控制策略上

四相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和雙繞組永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在容錯(cuò)控制策略上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單易行，而五相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、六相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及四通道三相永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在容錯(cuò)控制策略上實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。

對(duì)于航空用永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇，需要根據(jù)具體的應(yīng)用，如飛機(jī)的起落架控制系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、舵面控制系統(tǒng)、燃油泵系統(tǒng)以及機(jī)翼除冰系統(tǒng)等，綜合考慮實(shí)際應(yīng)用中的各個(gè)方面進(jìn)行選擇，只有能很好地解決實(shí)際需求的方案才是適用的方案。

4 總結(jié)與展望

本文針對(duì)當(dāng)前研究較多、關(guān)注較高、極具前景的永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，詳細(xì)介紹并分析了現(xiàn)有永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制策略的研究現(xiàn)狀，并對(duì)現(xiàn)有常見的各種航空用永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合性能的對(duì)比分析。對(duì)于航空用高可靠性永磁容錯(cuò)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)未來在以下幾個(gè)方面還有待于進(jìn)一步深入研究與探討：

(1)在優(yōu)化和選擇永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于其容錯(cuò)能力、實(shí)際需求與系統(tǒng)復(fù)雜性需要綜合考慮。

(2)當(dāng)前的容錯(cuò)控制方法仍存在或多或少的問題，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性和容錯(cuò)性上還有進(jìn)一步地提升的空間。

(3)對(duì)于永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)除了研究其容錯(cuò)控制策略外，還應(yīng)該對(duì)診斷速度快、精度高的系統(tǒng)開路故障診斷策略進(jìn)行研究。

(4)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)設(shè)計(jì)永磁容錯(cuò)電機(jī)及控制器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制器的一體化設(shè)計(jì)。

(5)對(duì)高可靠性永磁容錯(cuò)電機(jī)及其控制系統(tǒng)中繞組短路故障研究中，研究電機(jī)繞組匝間短路故障的診斷方法與容錯(cuò)控制是值得進(jìn)一步研究的。

(6)當(dāng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)多相繞組故障時(shí)，研究如何實(shí)現(xiàn)多相繞組同時(shí)故障仍能容錯(cuò)運(yùn)行的容錯(cuò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其容錯(cuò)控制策略。

(7)SiC功率器件的特點(diǎn)決定了其將在航空領(lǐng)域有取代普通Si功率器件的趨勢(shì)，研究基于SiC器件的新型永磁容錯(cuò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將可能成為未來的趨勢(shì)。