Altium助力第21届上海研电赛获奖作品分享（3）

从理论研究到工程应用，控制技术的创新正在不断拓展智能驱动系统的边界。

本期，我们聚焦三等奖作品《六相智驱——容错型电机及其二阶线性自抗扰控制设计》，一起看看团队如何借助容错设计与先进控制算法实现性能突破。

参赛信息

小组名称：多相擎动

组员：孙旺、侯蘅轩、李人杰

项目名称：六相智驱——容错型电机及其二阶线性自抗扰控制设计

学校名称：上海电机学院

孙旺

硕士研究生，研究方向为多相永磁同步电机高性能控制。

侯蘅轩

硕士研究生，研究方向为多相永磁辅助同步磁阻电机本体设计。

李人杰

硕士研究生，研究方向为同步磁阻电机设计。

项目简介及功能

随着新能源汽车、航空航天、轨道交通及舰船推进等高端装备对电驱动系统功率密度、运行可靠性和故障持续运行能力要求的不断提高，传统三相永磁同步电机在功率密度、驱动冗余及故障容错等方面逐渐难以满足高可靠应用需求。针对上述问题，本项目从电机本体设计、控制策略设计、软硬件平台开发及容错运行验证四个方面对该电机展开了系列研究，设计了一套面向高可靠应用的六相永磁同步电机驱动控制系统。

项目设计创新性以及设计难点

①针对传统三相电机单相故障时无法工作的问题，将六相电机定子和传统的永磁同步电机结合，设计了六相永磁同步电机，并针对内置式永磁同步电机转矩脉动较大的问题，设计电机转子为永磁体、磁障不对称结构。

②为解决六相驱动桥臂多、硬件集成复杂及开关干扰强的问题，采用控制、采样、隔离驱动与双三相逆变一体化设计，实现12路PWM协同驱动和六相信号集中采集，提高系统集成度、抗干扰能力与运行可靠性。

③针对传统速度环与q轴电流环级联结构复杂的问题，采用二阶自抗扰将速度环与q轴电流环解耦重组，简化系统的结构。同时引入调节因子k1、k2构造改进LESO，提高扰动观测精度并抑制采样噪声影响。

Altium Designer 使用心得分享

本次我们使用Altium Designer完成六相电机控制器硬件设计。相较于传统三相控制器，六相控制器具有更多的功率桥臂及驱动通道，电路结构更加复杂，因此对各相电路的一致性以及系统抗干扰能力提出了更高要求。

在原理图设计方面，采用分页模块化设计方式，将电源、主控、六相驱动、电流采样及保护电路分别进行设计，以保证原理图结构清晰、层次明确。同时统一两组三相逆变桥的驱动与采样电路参数，使六相自举、驱动及采样电路尽可能保持一致。针对功率地、模拟地和数字地合理规划回流路径及汇接方式，并通过ERC检查及时排查引脚连接和网络定义等问题。

在PCB设计方面，采用强弱电分区布局，功率器件集中布置以缩小大电流回路;六相PWM驱动走线尽量短且等长，保证各相驱动一致。电流采样和旋变信号采用差分布线，并远离高频开关区域，同时保证完整回流路径。最后通过DRC检查，确保布线规范可靠。

通过本次设计，我们认识到六相电机控制器的设计重点不仅在于Altium Designer软件本身的操作，更在于合理的布局布线、电路参数的一致性以及功率回路与弱信号回路之间的合理隔离。良好的硬件设计能够有效减小各相电流不一致及开关噪声干扰等问题，从而提高控制器运行的稳定性与可靠性。

关于Altium

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