2017年第44卷第10期文章目次

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  • 1  基于混合控制集预测控制的永磁同步电机电流脉动抑制方法
    程坦 苏宗昱 郑伟 牛建平
    2017, 44(10):1-7, 12.
    [摘要](20) [HTML](0) [PDF 904.26 K](46)
    摘要:
    模型预测控制(MPC)技术近年来在高动态性能电机驱动系统中应用广泛。为了克服传统MPC技术中有限控制集(FCS)造成的稳态电流脉动问题,提出了一种基于混合控制集(MCS)预测控制的永磁同步电机(PMSM)电流脉动抑制方法。分析建立PMSM预测控制系统离散数学模型,并分析电压矢量精度与电流脉动之间的关联性;在此基础上,MCSMPC将电压源型逆变器有限的有效电压矢量数,扩展为多个以占空比形式存在的虚拟电压矢量,并基于上述虚拟电压矢量完成MPC优化问题在线求解;此外,考虑到MCSMPC系统的参数敏感性问题,对MCSMPC系统反馈噪声问题进行分析讨论。最后,搭建双15 kW PMSM对拖样机测试平台进行试验分析,分析内容包括MCS方法动态跟踪特性、电流脉动稳态效果。试验结果表明所提出的MCSMPC方法在保留了传统预测控制技术高动态响应的基础上,可有效降低PMSM稳态电流脉动幅度和运行噪声。
    2  永磁直线同步电机滑模控制系统
    车志远 陈军强 杨春雨 卜淑萍
    2017, 44(10):8-12.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 649.32 K](46)
    摘要:
    设计了一种基于滑模变结构的永磁直线同步电机(PMLSM)矢量控制系统。从直线电机的基本工作原理出发,通过坐标变换,建立PMLSM在两相同步旋转正交坐标系上的数学模型。基于滑模变结构和李雅普诺夫稳定性理论设计转速调节器,组成PMLSM滑模控制系统。为了验证该控制系统的有效性,在MATLAB/Simulink平台下搭建系统的模型并进行仿真。仿真表明,该控制系统具有很强的鲁棒性。
    3  基于模拟退火粒子群算法的波浪发电系统最大功率跟踪控制
    邹子君 杨俊华 杨金明
    2017, 44(10):13-18.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 792.19 K](40)
    摘要:
    波浪发电系统最大功率点跟踪控制中,传统粒子群算法存在早熟收敛和局部搜索能力不足问题,为此提出基于模拟退火算法的粒子群优化方案。该算法每次更新粒子的速度和位置时,通过比较当前温度下各个粒子的适配值与随机数的大小,从所有粒子中确定全局最优解的替代值,从而使粒子群算法在发生早熟收敛时能够跳出局部最优并快速找到全局最优解。仿真结果表明,与传统粒子群优化算法相比,模拟退火粒子群算法可有效避免波浪发电系统陷入局部最大功率点,并快速实现全局最大功率跟踪,提高了波浪能捕获率。
    4  基于神经元的瓦楞横切机实时控制系统设计
    刘峰 张丹 熊磊 朱清慧 高世桥
    2017, 44(10):19-24.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 26.93 M](43)
    摘要:
    对基于瓦楞横切机的交流伺服控制系统进行数学建模并进行理论分析。为解决瓦楞机上位机操作系统实时性能差的缺点并提高控制系统的控制精度,系统采用“Windows+RTX”作为瓦楞机的上位机软件运行平台。DSP作为目标嵌入式,利用双口RAM实现数据交互,控制系统采用神经元PID的控制算法,使控制系统具有良好的自学习能力、响应速度快、超调量小等优点。试验结果表明,采用此方案,控制系统自动化程度高、切割精度高、性能稳定。
    5  基于无差拍预测控制和扰动观测器的永磁同步电机电流控制
    孙静 刘旭东
    2017, 44(10):25-29, 35.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 608.03 K](50)
    摘要:
    永磁同步电机(PMSM)转速或转矩驱动系统都要求具有良好的电流控制性能,因此对电流环的控制至关重要。为了提高电流的动态性能和鲁棒性,基于无差拍预测控制和扰动观测器提出了一种新的PMSM电流控制方法。利用预测控制动态性能好,易于数字实现等优点,基于无差拍原理设计了预测电流控制器,但该方法对电机模型及参数依赖较大。针对实际应用中由于建模误差及参数变化等产生的扰动,设计了一种简单的扰动观测器,并用于电流环的前馈补偿控制,有效地提高了系统的鲁棒性。基于dSPACE平台完成了试验验证。试验结果表明:所提出的电流控制方法能实现电流的快速跟踪控制,而且具有较强的鲁棒性。
    6  基于Lyapunov函数的永磁同步电机速度控制器设计
    王杰 谢源 肖立健 金鹏飞
    2017, 44(10):30-35.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 713.54 K](49)
    摘要:
    传统的PI 速度控制器具有速度超调、动态时间长、跟踪精度低、抗负载转矩扰动能力和恢复能力差等缺点。提出了利用永磁同步电机(PMSM)的运动方程和转矩方程推导出控制系统q轴电流给定量,基于Lyapunov稳定性条件设计出的一种PMSM速度控制器。相比于传统的PI速度控制器,该控制器没有速度超调量、动态时间短、跟踪精度高,抗负载扰动能力和恢复能力有一定的提高。利用 MATLAB/Simulink仿真软件,搭建控制系统模型并进行仿真分析。仿真验证了提出的PMSM速度控制器的有效性,获得了很好的速度控制性能。
    7  基于单神经元算法的内嵌式永磁同步电机智能驱动控制
    邱丹 陶诚
    2017, 44(10):36-41.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 779.14 K](45)
    摘要:
    基于人工神经网络的内嵌式永磁同步电机(IPMSM)智能驱动控制性能要明显优于传统控制方法,但是存在计算量大和离线训练时间长的问题。针对该问题,提出了一种基于单神经元算法的IPMSM智能驱动控制策略。阐述了永磁同步电机的数学模型及电流转矩控制规律;并基于单神经元的控制原理,推导了驱动控制律,由于采用的是单神经元结构并设置了迭代算法的边界,因此达到了计算量减小和训练较少的效果。最后,搭建了小功率电机驱动试验平台开展了试验研究,并通过与传统PID控制的对比试验,验证了新型控制器的性能。
    8  基于Supertwisting滑模永磁同步电机驱动的转速和转矩控制
    万东灵 赵朝会 王飞宇 孙强
    2017, 44(10):42-47.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 724.82 K](46)
    摘要:
    针对永磁同步电机(PMSM)空间矢量的直接转矩控制方案超调频繁、响应时间慢等问题,将传统的转速PI控制器和转矩PI控制器替换成Supertwisting滑模控制器,并从理论上证明了Supertwisting滑模控制器用在转速环和转矩环上能在有限时间内收敛。借助MATLAB/Simulink仿真软件研究了PMSM的转矩脉动,分析了其动态响应速度。仿真结果表明,在空间矢量直接转矩控制中采用Supertwisting滑模控制器与PI控制器相比有更小的转矩脉动,提高了动态响应速度并且解决了超调频繁的问题。
    9  模块化多电平换流器的环流抑制方法研究
    冯志国 葛曼玲 陈玉民
    2017, 44(10):48-52, 58.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 662.27 K](41)
    摘要:
    模块化多电平换流器(MMC)在中高压直流输电中得到了广泛的研究和应用。其内部环流的存在是MMC的一种重要现象。在MMC的拓扑结构及其内部环流产生机理的基础上,利用二倍频负序旋转坐标变换,把换流器内部的三相环流分解为两个直流分量,并提出了相应的环流抑制方法。仿真结果证明,利用坐标变换提出的环流抑制控制器可以有效地消除桥臂电流中的环流分量,减小桥臂电流的畸变程度,同时不会对MMC外部输出的交流电压和电流产生负面影响。
    10  双馈感应发电机机侧变换器直接功率控制策略比较研究
    赵梅花 郑鹏 孙南海 李广伦
    2017, 44(10):53-58.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 731.14 K](39)
    摘要:
    对双馈感应发电机(DFIG)的两种直接功率控制(DPC)策略进行比较研究。根据DFIG的数学模型,导出对DFIG进行DPC的统一控制模型;首先设计基于滞环比较器的直接功率控制(HCDPC)策略,采用开关型滞环控制器,直接实现定子有功功率和无功功率的解耦控制;其次将SVM技术应用于DPC,提出SVMDPC策略,根据DFIG定子有功、无功功率偏差,采用PI调节器,直接实现定子有功、无功功率的解耦控制;最后对两种DPC策略进行试验研究,验证了两种DPC策略的正确性和可行性,并对其控制性能进行了对比评估。
    11  Luenberger观测器在永磁同步电机无传感器控制中的应用研究
    周双飞 黄海波 简炜
    2017, 44(10):59-62, 66.
    [摘要](21) [HTML](0) [PDF 603.29 K](40)
    摘要:
    在永磁同步电机(PMSM)矢量控制中,根据Luenberger观测器原理,提出了一种基于Luenberger观测器的PMSM转子速度和位置的估算方法,有效解决了PMSM由于机械传感器安装带来的一些弊端。利用MATLAB/Simulink工具搭建控制系统仿真模型并进行仿真验证,仿真结果表明控制系统具有良好的控制性能。最后,在以STM32F103ZET6为控制核心的硬件系统上进行算法的实现,试验结果表明基于Luenberger观测器的PMSM控制系统具有较高的控制精度且稳定性较好。
    12  一种基于状态转换的适用于嵌入式舰船电力虚拟模拟训练的发电机组仿真方法
    侯玉 吴旭升 冯源
    2017, 44(10):63-66.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 614.09 K](42)
    摘要:
    针对嵌入式舰船电力虚拟模拟训练系统的特点,提出一种适用于嵌入式舰船电力虚拟模拟训练的发电机仿真方法。设计构建了基于状态转换的发电机组仿真模块,提出了正常状态和故障状态两种模式下的发电机组仿真状态转换方法,简化了发电机组仿真模型,使发电机仿真既满足了发电机在模拟训练中训练场景逼真性的要求,又解决了发电机在模拟训练中训练过程实时性差的问题。
    13  一种新型Halbach阵列永磁振动发电机的设计与输出特性分析
    李佳泽 王博文 邹尊强
    2017, 44(10):67-71.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 692.65 K](42)
    摘要:
    给出了一种永磁振动发电机感应电动势的计算公式,设计了一种新型Halbach阵列永磁振动发电机,机体两侧分别固定了两组永磁体,内部6个线圈串联。采用有限元法,与普通Halbach阵列和传统永磁振动发电机进行了对比分析,新型Halbach阵列的应用大幅度提升了振动发电机的性能。正弦规律振动的振源频率为10 Hz,振幅为3 mm时,新型振动发电机的最大输出功率为355.85 mW,开路电压有效值为6.402 9 V。最后,对线圈相对永磁体的位置进行了优化,最大输出功率达到了414.81 mW,进一步提升了16.57%,此时开路电压有效值为7.036 6 V。
    14  基于磁链重构的永磁同步电机分布参数模型
    钟再敏 秦一进 周英坤 江尚
    2017, 44(10):72-76.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 674.93 K](42)
    摘要:
    针对基于电感的永磁同步电机(PMSM)线性集中参数模型无法描述电机磁路饱和、反电动势非正弦等非理想特性的问题,提出一种基于磁链重构的PMSM分布参数模型,并进行了仿真和试验验证。首先通过有限元分析(FEA)获取电机不同工作点下的磁链,其次利用傅里叶级数展开和多项式拟合方法对磁链进行重构,再根据重构的磁链建立起PMSM分布参数模型,并进行了仿真和试验验证。仿真和试验结果表明,模型能准确描述PMSM在不同工况下的非线性特性。
    15  铜转子三相异步电动机温度场流场耦合分析
    陈起旭 王云洪 杨来顺 徐俊 曹秉刚
    2017, 44(10):77-82.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 902.27 K](43)
    摘要:
    研发了一台应用在石油顶驱钻井设备的强迫风冷铜转子三相异步电机,首创了无机座设计、定子铁心轭部开通风孔、定子绕组端部环氧树脂密封、采用焊接铜条鼠笼转子等关键技术,满足了电机在频繁起停、过载、盐雾等工况下,对电机温升的苛刻要求。建立了温度场流场流固耦合模型,分析了电机额定负载工况下的各零件稳态温度分布以及瞬态温度随时间变化趋势。仿真计算和温升试验结果表明,沿电机的轴线方向,中后段位置温度较高,没有局部过热点。试验验证了建立的温度场流场耦合模型和仿真结果的合理性,温升满足电机H级要求。在耦合模型的基础上,分析了风道入口压力和定子铁心通风孔径变化对电机温升的影响,为改进电机冷却结构提供理论基础。
    16  永磁力矩电机三相绕组不对称性改进方法研究
    葛红岩 卓亮 刘勇 杨荣江
    2017, 44(10):83-87.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 663.38 K](37)
    摘要:
    由于力矩电机多作为驱动电机使用,且电机对低速平稳性要求很高,所以选用了一种特殊的极槽配合方式。12极39槽的选择使得电机齿槽转矩较小的同时导致电机三相绕组不对称。降低绕组不对称对电机低速平稳性的影响,对提高绕组的对称性的方法研究有着重要的意义。以一台采用12极39槽的力矩电机为例,提出了一种绕组不对称性的改进方法,通过改变绕组的排列方式提高了绕组的对称性,且保证了电机的低速平稳性。最终通过理论研究与仿真分析验证了不对称性改进方法的有效性。
    17  基于新型纯积分法的定子磁链在线辨识算法
    宋庆启 苏文胜 黄晓明 曾岑 赵羽 岳前进
    2017, 44(10):88-93.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 843.66 K](44)
    摘要:
    针对气隙转矩法计算异步电机转矩时对定子磁链辨识精度的要求,提出了一种基于新型纯积分法的定子磁链在线辨识算法,采用了精度较高的复化辛普森积分模型。相比传统的梯形积分法,基于新型纯积方法的定子磁链在线辨识算法的磁链辨识精度显著提高;相比新型的基于低通滤波器的定子磁链观测器,该算法模型更简单,操作更便捷。通过MATLAB/Simulink搭建系统仿真平台进行验证,结果表明基于新型纯积分算法消除了传统积分法的主要缺陷,解决了积分饱和问题以及初值问题。基于新型纯积分算法的估计磁链与理论参考磁链基本吻合,表明其可靠性较高。
    18  电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压正负序分量分离新方法
    孙伟莎 程启明 程尹曼 谭冯忍 李涛 陈路
    2017, 44(10):94-101.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 1.13 M](41)
    摘要:
    针对传统锁相环(PLL)在电网电压不平衡及谐波畸变下利用常规软件锁相环不能准确获取相位的问题,提出了一种新的正负序分量分离新方法。利用了相序解耦谐振控制器能去除高次谐波和延时信号消除(DSC)法可滤除特定谐波的特性,将相序解耦谐振和延时信号消除法结合起来,达到更好的正负序分量分离的效果。最后,采用MATLAB/Simulink软件仿真结果证明了所提出方法的可行性和有效性。
    19  基于传递矩阵法的15MW4P汽轮发电机转子系统临界转速计算
    李建成
    2017, 44(10):102-105, 118.
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 592.78 K](42)
    摘要:
    相比于电动机,发电机的转子系统结构更为复杂,包括主机转子和励磁机转子两部分,准确计算临界转速的难度更大但非常重要。基于传递矩阵法对15MW4P汽轮发电机的转子系统进行了分析,详细阐述了复杂结构转子的模型等效方法和数值处理过程,通过数据和案例验证了基于传递矩阵法的计算方法对汽轮发电机转子系统计算的准确性和实用性。
    20  YE3系列(IP23)设计参数的分析和测试验证
    金晶 顾卫东 王磊明
    2017, 44(10):106-109.
    [摘要](6) [HTML](0) [PDF 505.31 K](46)
    摘要:
    YE3系列(IP23)三相异步电动机在整体结构上做了全新的设计,直接影响了电动机各种设计参数的选取。对杂散损耗、机械损耗以及气隙等设计值的选取作了对比分析,并结合样机测试数据来验证取值的合理性。
    21  变频电机动态性能试验的负载系统研究
    曹建雄 李正 冯东升
    2017, 44(10):110-113.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 560.68 K](43)
    摘要:
    针对传统变频电机试验系统只能在固定转速下进行负载试验,研究了一种用于变频电机试验的多转矩类型负载系统。变频电机动态性能试验负载系统是根据感应电机的特性,建立数学模型,通过计算,快速调节感应电机的供电电压和频率,从而模拟出多种类型的动态负载。研究了变频电机动态性能试验负载系统的工作原理、模拟方法,并进行仿真分析,表明其可满足不同负载类型下的变频电机动态性能试验要求。
    22  电动车用开关磁阻电机设计与优化方法
    陈飞 瞿遂春 邱爱兵 沈杰
    2017, 44(10):114-118.
    [摘要](6) [HTML](0) [PDF 684.36 K](42)
    摘要:
    根据电动车的性能要求,提出了一种电动车用开关磁阻电机(SRM)设计、优化方法。首先对电机进行了预设计,随后用Ansoft软件校验了电机性能。对电机主要结构参数进行了分析和优化,得到最优结果。
    23  电动汽车永磁同步电机滑模低速控制
    郭栋 吴琦 祁晓野
    2017, 44(10):119-123.
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 1.21 M](39)
    摘要:
    针对采用永磁同步电机id=0矢量控制调速的电动汽车电机驱动控制系统,为了改善其抗负载扰动能力,并且当电动汽车处于低速运行时,能够输出大转矩,将滑模变结构控制中的变指数趋近律进行改进,设计了一种滑模速度控制器。为了减小滑模变结构控制的抖振问题,引入饱和函数来代替符号函数,同时考虑到滑模速度控制器中存在滞后问题,将饱和函数与经过积分环节后得到的信号相乘,在提高了响应速度的同时增强系统的抗扰动能力。经过仿真验证,不同负载工况下,滑模速度控制器具有较强的鲁棒性和抗扰动能力,满足电动汽车低速运行工况下输出大转矩的要求。

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