2017年第44卷第11期文章目次

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  • 1  基于龙伯格扰动观测器的永磁同步电机PWM电流预测控制
    薛峰 储建华 魏海峰
    2017, 44(11):1-5, 11.
    [摘要](20) [HTML](0) [PDF 609.10 K](69)
    摘要:
    针对传统永磁同步电机(PMSM)PWM电流预测控制中电机参数扰动造成的电流静差及振荡问题,提出基于龙伯格(Luenberger)观测器的PWM电流预测控制。首先,将系统参数扰动引入到电机电压方程,构建在参数扰动中拥有优良性能的Luenberger观测器来观测系统扰动。其次,离散化Luenberger扰动观测器,通过极点配置分析系统稳定性。最后,将观测器估计系统扰动引入含参数扰动项的电压方程中,为PWM电流预测控制算法提供实时性扰动补偿。仿真结果表明,所提算法能够快速无静差地观测出系统扰动,有效避免参数扰动造成的电流静差及振荡问题,提高电流预测算法的鲁棒性。
    2  基于变论域模糊控制的无刷直流电机转速问题
    赵天宇 苏庆宇
    2017, 44(11):6-11.
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 785.52 K](40)
    摘要:
    无刷直流电机(BLDCM)是一种多变量、强耦合、非线性、时变的复杂控制系统。由于其采用传统的PID控制时很难满足需要,所以针对BLDCM精确调速的控制问题,在基于传统PID控制上引入模糊控制设计了模糊PID控制,并在此基础上应用变论域的方法,设计了变论域模糊PID控制器。以BLDCM为模型,通过MATLAB建立其仿真模型。仿真和试验结果表明,采用变论域模糊PID控制的BLDCM与传统控制的BLDCM相比,具有响应速度快、超调小、控制精度高等优点。
    3  基于改进最大转矩电流比控制的电动汽车用内嵌式永磁同步电机驱动控制系统
    张尚坤 颜建虎 杨凯
    2017, 44(11):12-17.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 805.87 K](56)
    摘要:
    环境污染及能源危机直接推动了传统燃油汽车向环保型电动汽车的发展,作为电动汽车关键部件之一的电机驱动控制系统,直接影响着电动汽车未来的发展前景。在电机驱动控制系统运行的过程中,针对内嵌式永磁同步电机(IPMSM)仍采用较简单的id=0控制方式不能满足汽车大转矩的要求;采用传统的最大转矩电流比(MTPA)查表控制方式,由于存在大量离散数据点,会严重影响整个系统的响应速度。针对以上问题,提出了等效综合电流矢量控制的MTPA控制方法。首先建立了永磁同步电机(PMSM)的数学模型,分析了id=0和MTPA矢量控制方式的基本原理,给出了新型MTPA的控制方案。通过Simulink仿真及样机试验,对比了两种矢量控制方式,验证了等效综合电流矢量控制的MTPA控制方式的可行性及优越性。
    4  基于矢量控制的五相永磁同步电机相电流重构方法研究
    张其林 全力 张超 赵美玲
    2017, 44(11):18-25.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 1.05 M](48)
    摘要:
    针对五相永磁同步电机控制需要电流传感器数量多、成本高的问题,提出了一种五相永磁同步电机相电流重构方法。它只使用两个电流传感器便可实现对五相电流的全采集,能有效减少硬件电路的成本和复杂性,重构精度和速度能够满足五相电机控制的需要。最后在MATLAB仿真中对所提方法进行验证,仿真结果证实了所提方法的正确性和有效性。
    5  永磁同步电机弱磁与过调制控制策略研究
    陈亚爱 陈焕玉 周京华 甘时霖
    2017, 44(11):26-31, 37.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 754.15 K](47)
    摘要:
    在前人研究的基础上,提出了一种提升永磁同步电机(PMSM)高速带载能力的控制策略。该控制策略能克服电机在最高转速时无法带载的弱点,可靠性高、易于实现。实现该控制策略的算法包含PMSM的弱磁控制和电压空间矢量的过调制控制,使电机能宽范围带载调速。为验证该控制策略,建立了内置式永磁同步电机(IPMSM)的仿真模型,搭建了试验平台,并进行了仿真和试验研究,验证了该控制策略的可行性和有效性。
    6  永磁直线同步电机伺服系统鲁棒反步控制器设计
    陈志翔 高钦和 谭立龙 牛海龙
    2017, 44(11):32-37.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 773.38 K](43)
    摘要:
    针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统强鲁棒性、高控制精度的要求,提出一种鲁棒反步控制器。为了解决常规PID跟踪精度不高、参数调节难度大及鲁棒性差的问题,将自适应控制与反步控制结合。利用自适应机制实时估计系统的扰动,去除了反步控制设计过程中对外界扰动上界的要求,同时克服了控制律高频抖振的问题。同时,分析了闭环反馈系统中高频噪声的特性以及对系统的不利影响,使用低通滤波器来抑制高频噪声。最后,在Googol公司的试验平台上,通过与一种改进的PID对比,验证了设计的鲁棒反步控制器的可行性以及抑制高频噪声的有效性,可为先进控制理论的工程化提供参考。
    7  基于模糊控制的虚拟同步发电机并网策略研究
    杨旭红 薛冰
    2017, 44(11):38-41, 49.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 614.77 K](37)
    摘要:
    在基于虚拟同步发电机三相逆变器控制的基础上,利用电容电压和电流反馈,构成双环控制系统。其中,电流环和电压环都采用比例积分控制。但是,传统的双环控制存在精度不高且响应速度较慢等缺点,而模糊控制具有根据系统实时性产生的非线性系统误差的大小,进行在线调节参数的功能。在此基础上,提出了一种基于双环控制和模糊PI相结合的虚拟同步电机控制策略,并搭建了相应的模型。详细分析了加入模糊之后双环控制的参数整定,并通过仿真研究来证明所提方法的有效性。
    8  基于占空比调节的无刷直流电机直接转矩控制
    潘峰 周运杰 卢沁雄 闫庚龙 韩如成
    2017, 44(11):42-49.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 984.82 K](41)
    摘要:
    传统直接转矩控制(DTC)在每一个控制周期对电机施加一个不变的电压矢量,从而导致较大的转矩脉动,而且开关管的开关频率不固定。为减小转矩脉动同时使开关管的开关频率恒定从而提升系统的稳定性,将占空比调制技术引入到无刷直流电机(BLDCM)DTC系统当中,并研究了4种占空比生成方法对转矩脉动的抑制效果。由于引入了占空比调制技术,零电压矢量和非零电压矢量作用的时间随占空比的改变而改变,因此能够对转矩进行更精细的控制从而抑制转矩脉动。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。
    9  基于模型辨识的数控机床专用伺服电机位置控制
    丘永亮
    2017, 44(11):50-54.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 590.95 K](41)
    摘要:
    数控机床精密加工要求伺服电机具有精度高和响应快等特性,而传统的伺服控制器位置环采用的是简单的误差比例(P)控制,这种控制方法的响应性不能满足加工要求。提出一种基于模型辨识的伺服电机角位移控制方法。首先,采用最小二乘法辨识出传统闭环控制系统的模型;然后,分析模型的零、极点,根据模型特性设计补偿控制器;最后,通过试验结果说明所提方法能快速、准确地跟随系统输入。
    10  基于果蝇-蛙跳模糊神经网络PID 的永磁直线同步电机控制
    乔维德
    2017, 44(11):55-60, 71.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 811.51 K](39)
    摘要:
    针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统存在的非线性、时变性及强耦合性,设计一种基于模糊神经网络PID的速度控制策略,通过融合果蝇优化算法和蛙跳算法形成果蝇-蛙跳算法,实时调整优化模糊神经网络的结构参数,输出适用于PID控制器的最佳参数kp、ki、kd,实现PMLSM速度控制的自适应和智能化。仿真分析与试验结果表明,采用基于果蝇-蛙跳算法优化的模糊神经网络PID速度控制器,能使PMLSM控制系统取得更加优良的控制效果。
    11  基于RMxprt磁路法的双定子永磁无刷直流电机设计方法
    刘沛麟 赵朝会
    2017, 44(11):61-66.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 853.79 K](42)
    摘要:
    双定子永磁无刷直流电机(DSPMBL)因其高机械集成度、高转矩密度而具有较高的应用价值。但其特殊的结构,难以用现有的设计程序进行电磁设计。将基于Ansys软件中的RMxprt模块并结合传统磁路计算法,借助定子裂比优化法探讨将DSPMBL拆分成两个单定子永磁无刷直流电机(内电机和外电机),分别展开设计,最终将两个设计方案合理拼接成DSPMBL模型,并通过相关仿真试验验证模型的性能。
    12  电机定子绕组端部建模方法对热流场仿真结果影响分析
    王永青 余中军 姜亚鹏 高强
    2017, 44(11):67-71.
    [摘要](26) [HTML](0) [PDF 733.33 K](88)
    摘要:
    电机温升是影响电机性能和运行可靠性的主要元素之一,温度校核已成为电机设计过程中的重要环节。目前大多采用电机三维温度场仿真方法,但是因电机端部绕组结构复杂,热流场耦合性强,对计算结果准确性影响较大。建立3种定子绕组端部建模简化方式,使用Fluent仿真软件平台对某感应电动机热流场进行了仿真计算及分析。结果表明,建模时可以将定子端部绕组简化为拉直向上弯折的二维结构,这种简化方式兼具建模时间短、仿真精度高等优点。所得结论对快速进行电机热流场仿真、缩短电机设计周期有一定的参考作用。
    13  定子永磁型双凸极非稀土永磁电机谐波电流抑制
    潘绪前 朱孝勇 左月飞 张超 全力
    2017, 44(11):72-78.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 975.60 K](45)
    摘要:
    定子永磁型双凸极非稀土永磁电机(NREDSPM)采用剩磁较高的铝镍钴(AlNiCo)永磁代替传统的稀土永磁,降低电机制作成本的同时也可配合磁化绕组对电机气隙磁场进行调节,使电机获得较好的性能。但受电机本体参数影响,NREDSPM在运行时相电流中含有大量的谐波,严重影响电机的效率和稳定性。为解决此问题,采用了一种PI控制器并联谐振调节器的电流环控制方法。该方法结构简单,易于实现,且无需增加硬件成本,可对电流谐波进行有效抑制。一台1.25 kW的NREDSPM样机在试验平台上进行了试验,试验结果验证了所用方法的有效性。
    14  基于等效磁路法的轴向磁场磁通切换型永磁电机静态特性分析
    徐妲 赵旭鸣 林明耀 付兴贺 郝立 李欣哲
    2017, 44(11):79-84.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 795.96 K](42)
    摘要:
    轴向磁场磁通切换型永磁(AFFSPM)电机是一种轴向长度短、转矩密度高的新型永磁电机。该电机磁场呈三维分布,与径向磁场电机不同,需要对该电机进行三维有限元分析,从而增加了电机分析和优化时的计算时间和成本。基于等效磁路法分析了AFFSPM电机的静态特性,建立了AFFSPM电机的非线性等效磁路模型,采用该模型计算、分析了气隙磁密、空载永磁磁链、反电动势和电感等特性,并与采用三维有限元方法的计算结果进行比较,验证了AFFSPM电机等效磁路模型的准确性,表明等效磁路模型适用于AFFSPM电机初始设计和分析。
    15  基于Ansoft Maxwell对单相步进电机性能影响因素的分析
    陈金学 毛可意 赵飞 卓亮
    2017, 44(11):85-88, 94.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 625.16 K](46)
    摘要:
    基于Ansoft Maxwell有限元分析软件,对单相步进电机性能的影响因素进行分析。分析结果表明:使用温度、输入电压显著影响电机性能,在设计时应充分考虑电机的应用领域及工况;同轴度、气隙会对电机的性能产生一定影响,应确保同轴度和气隙的最佳设计;形位公差对电机性能的影响最小,可忽略不计。
    16  矿用隔爆型电机的水冷结构设计与温升计算
    李建成 王富春
    2017, 44(11):89-94.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 714.10 K](50)
    摘要:
    针对矿用隔爆电机体积小、功率大、发热严重等应用特点,合理地设计水冷结构可以有效地平衡电机发热量,保证电机的安全运行。基于流体力学及电机传热学理论开发编制了水冷电机水路结构设计与温升计算程序。以YBSD矿用隔爆型三相电动机为研究对象,对其机壳水路进行了结构设计与热力计算,并进一步计算了电机的温升情况。通过将程序计算结果与实际电机数据进行对比分析,验证了所提方法的可行性和计算的准确性,为矿用隔爆型水冷电机设计提供了技术手段。
    17  直流电动机向无换向器化发展的归宿不是同步电机而是广义的直流电动机
    童钟良
    2017, 44(11):95-99.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 734.78 K](45)
    摘要:
    首先阐述直流电动机的自控变频运行机制,磁极d轴的检测是电枢电流相位自控的先决条件, 磁极位置检测器件或方式的改革演变可视为直流电动机向无换向器化发展的标志。无换向器电动机是直流电动机向无换向器化发展的起步,继而开发正弦交流电机本体的自控变频电动机系统,包括矢量控制技术的应用。今后更可借助计算机控制技术来检测磁极d轴的位置和转速,实现电枢电流或电压的相位自控,推动直流电动机无换向器化进程的深入发展。然而,发展的归宿不是同步电动机而是广义的直流电动机。
    18  混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究
    徐妲 林明耀 付兴贺 郝立 赵纪龙
    2017, 44(11):100-105.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 836.78 K](43)
    摘要:
    提出了一种适用于电动汽车驱动系统的E型铁心混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁(HEAFFSPM)电机。以一台三相6/10极电机为例,基于三维有限元方法全面研究该电机静态特性,包括气隙磁密、空载永磁磁链、空载反电动势、电磁转矩、转矩-电流特性、绕组电感和磁场调节能力等;研究转子齿扇形角度和转子斜极对电机反电动势和齿槽转矩的影响,分析表明转子齿扇形和转子斜极可以改善反电动势和齿槽转矩波形。制造了一台2 kW样机并对其进行测试,验证了有限元分析结果的准确性,结果表明HEAFFSPM电机的磁链和反电动势均为正弦分布,带载能力和磁场调节能力均较强。
    19  基于无功相对偏差的无刷励磁发电机转子绕组匝间短路故障诊断新判据
    沈利平 马明晗 李永清 马春泉 冯雪萍
    2017, 44(11):106-110, 117.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 644.51 K](42)
    摘要:
    为了寻找到在线识别无刷励磁同步发电机转子匝间短路故障的新方法,通过对同步发电机发生转子绕组匝间短路后电磁特性和电气参量的变化进行分析,根据故障发生后励磁电流增加而无功输出量却相对减少的特征,提出了利用计算和测量故障前后发电机输出无功相对变化率,作为识别无刷励磁同步发电机转子匝间短路故障严重程度的一个较为实用的方法。利用发电机动态模拟试验机组,进行了相关的试验验证。
    20  海上双馈电机开路故障容错性能评估
    冯煜尧 张开华 诸浩君 王健 魏书荣 符杨
    2017, 44(11):111-117.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 935.48 K](45)
    摘要:
    海上风电机组面临故障率高、停运损失大等问题,迫切需要及早发现运行故障、及时提供容错机制。构建基于西蒙决策理论的双馈风力发电机开路故障容错设计方案,选取电能质量和风力发电机组可靠性作为典型评估指标。结合双馈风力发电机组机侧变流器单相开路故障容错案例,给出量化的容错性能指标。结果表明及时有效的故障容错机制能够提高海上风电场的可用率,避免故障恶化,降低故障带来的经济损失。
    21  永磁直驱风电系统中最大功率点跟踪控制优化的仿真研究
    臧晨静 张惠娟 李玲玲 孙浩 赵轩
    2017, 44(11):118-123.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 803.77 K](42)
    摘要:
    分析了风力机特性、永磁直驱电机模型、变换器控制策略及各种功率跟踪控制算法优缺点,并提出一种基于爬山搜索法的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法的优化。在MATLAB/Simulink环境下搭建了永磁直驱风力发电系统模型,仿真分析了控制方法对最大功率点的跟踪效果,结果表明当风机起动及风速变化时MPPT控制方法能够使系统快速稳定在新的工作点,捕获得最大功率。由此验证了改进优化后的控制方法及所搭建模型的准确性与有效性。
    22  一种改进的虚拟永磁风力发电系统模拟平台
    汪笃军 刘天羽
    2017, 44(11):124-130.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 910.70 K](44)
    摘要:
    提出了一种包含风剪塔影效应的风力发电系统的改进型模拟方案。以背靠背三相变流器平台为基础,建立了考虑包含风剪塔影效应的虚拟永磁直驱风力发电系统的数学模型,进而搭建其控制系统;针对简化叶尖速比与转矩系数拟合的问题,提出了一种基于Kalman滤波的分段线性拟合的方法来简化拟合方程;利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建虚拟风力发电系统模拟平台,对负载变化时的模拟平台输出以及有无风剪塔影效应时风力机的机械转矩变化进行仿真分析。仿真结果表明,该平台能够较好地模拟出风力机发电机组地运行特性。

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