双三相永磁同步电机（DTP-PMSM）凭借高功率、低脉动、强可靠性已获得广泛应用，其特有的缺相容错能力更是保障系统持续运行的核心特性，但现有基于正弦电流模式的缺相容错控制限制了其容错性能提升。针对这一关键瓶颈，南京航空航天大学肖岚教授团队在《电工技术学报》2025年第10期提出了一种基于谐波注入的全转矩范围最小铜耗（FRML）缺相容错控制策略，通过优化三次谐波注入量拓展电流优化空间并引入分配系数，为突破传统局限、提升全负载、变负载工况下的容错效能提供创新方案。

研究背景

现有研究中，缺相容错控制策略多基于正弦电流模式展开，该模式虽简化了控制实现，却大幅缩减了电流参考的求解空间，使得最小铜耗（ML）与最大转矩输出（MT）这两类核心优化目标难以兼顾，且现有FRML缺相容错策略也因依赖正弦模式，存在优化范围窄、控制器存储成本高、对负载工况适应性弱等问题，极大限制了电机容错性能的进一步提升。

论文所解决的问题及意义

针对如何在平衡控制复杂度的前提下，突破正弦电流模式的局限，实现全转矩范围内铜耗与转矩输出能力的协同优化这一关键问题。研究团队通过优化三次谐波注入量拓展电流优化空间，并引入分配系数KA实现ML与MT策略的非线性融合，在不牺牲转矩输出范围的前提下，显著降低全转矩范围内的定子铜耗，提升了DTP-PMSM缺相故障下的运行效率与容错能力。该策略仅通过在线调整分配系数即可实现容错轨迹的平滑切换，避免了传统策略中复杂的查表操作，降低了控制器存储成本与实现难度，增强了工程适用性。

论文方法及创新点

1、单一目标下的三次谐波注入优化

向缺相后的相电流中额外注入三次谐波，通过坐标变换，将其映射为d-q平面的二次谐波，在拓展电流优化空间的同时，避免了高次谐波对控制器带宽的过高要求，平衡了控制复杂度与容错性能提升效果。基于fmincon求解器，以ML和MT为目标函数，优化谐波注入的幅值系数与相位偏移角，提升单一目标下的容错性能，三次谐波注入后的最优各相电流波形如图1所示。

图1 三次谐波注入相电流波形（a）ML控制策略 （b）MT控制策略

2、全转矩范围策略融合与参数调控

引入分配系数KA，将ML与MT策略进行非线性组合，提出了一种谐波注入FRML控制策略。针对不同负载工况，通过在线调整KA实现容错轨迹的平滑切换，如图2所示，避免传统策略切换中的阶跃问题，解决了在不同负载工况下难以兼顾铜耗与转矩输出的问题，并将转矩优化范围从2.2%扩宽至8.1%。

图2 谐波注入FRML控制策略的切换轨迹

表1 定子铜耗与转矩输出能力对比

3、结果分析与实验验证

动态加载实验中，谐波注入FRML策略在65.5%、67.7%、69.7%的额定负载下，铜耗较 MT策略分别降低6.2%、4.91%、3.1%，且转矩输出稳定，验证了全转矩范围铜耗优化的有效性。

图3 谐波注入FRML与MT控制策略对比实验波形（a）65.5%额定负载下的转速、转矩、分配系数与定子铜耗波形

图3 谐波注入FRML与MT控制策略对比实验波形（b）67.7%额定负载下的转速、转矩、分配系数与定子铜耗波形

图3 谐波注入FRML与MT控制策略对比实验波形（c）69.7%额定负载下的转速、转矩、分配系数与定子铜耗波形

表2 谐波注入FRML控制策略定子铜耗优化率

结论

1）相较于正弦电流模式，三次谐波注入后，ML与MT控制策略均能实现更小的定子铜耗和更大的转矩输出能力，提升效果较为明显。

2）所提谐波注入FRML策略较正弦电流模式提升了容错性能，解决了不同负载工况下难以兼顾铜耗与转矩输出的问题，特定负载下定子铜耗优化率达3.1%-6.2%。

3）所提策略为DTP-PMSM缺相故障下的高效可靠运行提供了创新方案，简化的控制方式降低了工程应用难度，对相关领域具有实践价值。

团队介绍

本课题团队负责人为南京航空航天大学自动化学院肖岚教授、王勤教授和伍群芳副教授，团队先后主持及承担课题共24项(含国家级纵向6项、省部级及其他基金类8项、重要横向委托7项、国外合作3项等），团队成果获得省部级科技进步二等奖4项、三等奖4项，在国内外核心期刊及国际会议上发表学术论文200余篇，获授权发明专利30余项。

肖岚，博士，教授，博士生导师，研究方向为航空电源系统、逆变器并联及并网控制等。

伍群芳，博士，副教授，博士生导师，研究方向为高效能功率变换，空天电能源系统，电力电子可靠性，数字化智能变流装备等。

艾星全，在读博士，研究方向为多相电机容错控制。

本工作成果发表在2025年第10期《电工技术学报》，论文标题为“基于谐波注入的双三相PMSM全转矩范围最小铜耗缺相容错控制策略“。本课题为国家自然科学基金和航空基金资助项目。