2017年第44卷第12期文章目次

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  • 1  基于改进内模控制的永磁同步电机电流环设计
    张涛 余海涛
    2017, 44(12):1-5, 65.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 674.76 K](58)
    摘要:
    永磁同步电机(PMSM)作为一种高阶非线性系统,由于参数摄动和外部干扰的原因,传统内模控制器不能保证其精确的控制要求。在传统内模控制的基础上,设计了一种基于指数收敛的误差干扰观测器。在解耦和反电动势补偿情况下,建立内模控制器,然后由内模控制器的输出和反馈电流,构造误差干扰观测器的状态方程,输出误差补偿信号,补偿电机运行过程中参数变动和干扰因素,实现PMSM的高精度控制。建立MATLAB/Simulink仿真模型,仿真中人为增加不确定量和扰动。仿真结果表明,在存在不确定信号和负载扰动时,采用改进的内模控制可以实现电流补偿,降低电流纹波,减小电流稳态误差,同时提高转速响应速度,降低扰动误差。
    2  交直流共用主电路及其控制方法在双输出航空静变电源中的应用
    孙兴法 聂子玲 朱俊杰 韩一 高飞
    2017, 44(12):6-11.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 863.28 K](50)
    摘要:
    详细介绍一种通过交直流变换共用主电路实现同一电源双路分时输出的方法,给出了交直流共用主电路的拓扑结构及其工作原理,分析了交流变换五电平载波移相及直流变换级联移相控制策略。为了在三相交流变换电路的基础上实现大功率直流输出,并兼顾各相功率均衡,提出了一种相位角同步的均流控制策略。最后通过试验实现了同一电源分时输出交流115 V/400 Hz/100 kVA和直流270 V/80 kW,验证了所述拓扑结构和控制策略的合理性与可行性。
    3  基于专家控制器的电动汽车感应电机弱磁区优化控制研究
    李家荣
    2017, 44(12):12-18.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 1004.87 K](51)
    摘要:
    由于感应电机驱动系统采用数字控制器和脉宽调制输出会伴随着数字延迟的问题,加之参数可能存在的扰动,使得传统的间接磁场定向控制方法在感应电机高速弱磁区的控制性能降低。针对此问题,提出了一种基于专家控制器和模糊推理机制的感应电机弱磁区优化控制策略。考虑到传统间接磁场定向控制中电流调节器在弱磁区若没有获得适合的电流参考指令,则可能会产生高频振荡乃至失稳。因此,在传统方法的基础上将转速闭环输出的电流参考先送入到专家控制器,专家控制器基于数据库和模糊推理,对电流参考进行修正,其中模糊推理机制基于简单的高斯函数逻辑实现。最后,构建了感应电机驱动试验平台,开展了电机在弱磁区的高速驱动试验,试验结果验证了新型控制策略的有效性。
    4  基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设计
    胡宇 张兴华
    2017, 44(12):19-24, 80.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 823.94 K](44)
    摘要:
    以小功率永磁同步电机(PMSM)为研究对象,结合数字信号处理器TMS320F2812功能特点,给出了一套PMSM驱动控制系统硬件设计方案。详细阐述了功率驱动主电路、反馈信号检测电路以及供电电路的设计,介绍了主要元器件选型和参数计算方法。基于设计的硬件平台,对PMSM调速控制系统进行了测试。试验结果表明,所设计的控制系统硬件设计可靠、性能稳定、控制精度高。
    5  控制系统延迟对轴扭振的影响
    程天威 王爽 杨影
    2017, 44(12):25-29, 133.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 664.99 K](70)
    摘要:
    控制系统中的轴扭振会引起系统控制量的振荡,加大机械传动装置磨损,甚至会导致传动轴断裂。在工业应用中,多采用陷波滤波器抑制轴扭振,而陷波频率的选取通常未考虑控制系统延迟因素。基于电机角速度增量、轴转矩增量和电机电磁转矩增量的相位图,分析了控制系统延迟对轴扭振频率的影响。仿真结果对分析结论给予了验证。
    6  大粘滞摩擦因数的永磁伺服系统自适应反步控制
    吴晶 朱孝勇 左月飞 张超 全力
    2017, 44(12):30-35, 73.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 769.79 K](56)
    摘要:
    对于粘滞摩擦系数大的永磁伺服系统,传统的自适应反步控制会导致参数辨识结果波动较大、不易稳定、转速跟踪性能较差。设计了一种实时辨识粘滞摩擦因数的自适应反步控制器,同时对转动惯量、负载转矩和粘滞摩擦因数进行辨识,提高了对粘滞摩擦因数较大系统的转速跟踪性能和转动惯量及负载转矩辨识精度。所提方法结构简单、易于实现,在dSPACE公司的DS1103系统试验平台上对其进行了试验验证,试验结果表明了所提方法的正确性和有效性。
    7  基于空间矢量脉宽调制的过调制策略研究
    刘雨石 乔鸣忠 朱鹏
    2017, 44(12):36-42.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 856.17 K](82)
    摘要:
    在电机控制中,过调制算法能够显著提高逆变器输出的电压,对提高电机转速有着重要意义。为了改善空间矢量脉宽调制对直流母线电压利用率不足的缺点,研究了基于空间矢量脉宽调制的单模式过调制算法,对输出电压基波幅值与其谐波含量进行理论分析。针对过调制区实际输出电压基波幅值与参考电压不一致这一问题,对目标调制比与给定调制比的关系作出可控性分析,作出拟合曲线并求出函数关系,最后对该过调制算法进行了仿真研究和试验验证。仿真分析和试验验证结果均证明了理论分析的正确性和可行性。
    8  一种钢筋弯曲设备的伺服电机控制设计
    胡良辉 杜鹏飞 尤德
    2017, 44(12):43-46.
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 640.87 K](52)
    摘要:
    为提高钢筋生产过程中的安全性和可靠性,提供了一种钢筋弯曲设备的伺服电机控制设计,包括PLC控制单元、行走伺服电机、弯曲伺服电机、电磁阀、气缸、信号采集单元及触摸屏。信号采集单元包括光电开关、磁性开关及钢筋弯曲设备的开关按钮。该伺服电机控制设计通过PLC控制器运动控制技术及数据处理技术实现设备的全数字化控制,通过伺服控制技术实现设备的精准高效的运动及生产节能,从而实现系统操作界面更人性化、操作简单快捷、钢筋弯曲准确、生产效率高、节能,同时也大大降低了工人的劳动强度及废品率,进而降低了生产成本。
    9  基于dSPACE的永磁同步电机低振动噪声控制策略
    李晓华 雷轶 刘成健
    2017, 44(12):47-53.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 843.46 K](54)
    摘要:
    为降低变频器供电引起的永磁同步电机(PMSM)电磁振动噪声,首先理论分析了变频器引入的PMSM振动噪声源,然后利用MATLAB/Simulink建立仿真模型,通过dSPACE进行编译并控制一台PMSM,比较了随机开关频率调制技术和死区补偿技术降低振动噪声的优缺点,提出一种混合随机开关频率死区补偿技术。试验结果表明,此方法综合随机开关频率调制技术和死区补偿技术的优点,能降低逆变器引入电流谐波引起的中低频振动噪声和逆变器开关频率与电流谐波相互作用引起的高频振动噪声。
    10  开通角控制的无刷直流电机转矩脉动抑制新方法
    李轶华 王爱元 王明星
    2017, 44(12):54-57.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 541.83 K](41)
    摘要:
    在分析无刷直流电机的等效电路模型和换相过程的基础上,考虑了电磁时间常数和反电势对换相转矩的影响。通过导出换相时关断相电流下降到零的时间和开通相电流上升到最大的时间,分析高、低速运行状态下两者的关系,引入一个开通角的变量,通过控制开通相的开通时刻来抑制换相时的转矩脉动;并且考虑非理想的气隙磁密等因素对开通角进行修正。结合场路耦合的有限元进行仿真,结果表明此思路是可行的。
    11  一种新型异极径向混合磁轴承参数设计及性能分析
    朱熀秋 邵嘉葳
    2017, 44(12):58-65.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 985.28 K](51)
    摘要:
    为了提高现有的径向混合磁轴承在单位体积内产生的悬浮力大小以及降低磁轴承制造成本,设计了一种新型异极径向混合磁轴承。与现有磁轴承相比,该磁轴承具有结构紧凑、体积小、单位承载力大和功耗低等特点。首先分析了该磁轴承工作原理,并运用经典的等效磁路法建立了数学模型。据此数学模型分析了该磁轴承的最大承载力,同时给出了磁轴承参数设计方法。然后采用有限元仿真分析的方法和稳定悬浮及扰动试验对该磁轴承的相关参数和性能进行了分析及试验验证。仿真和试验结果表明:该新型径向混合磁轴承可产生的悬浮力大,悬浮力与电流以及转子位移的线性程度高,可达到设计要求。
    12  高速异步电主轴电机的电磁噪声分析
    孙雪 代颖 赵剑飞 郑江
    2017, 44(12):66-73.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 1001.42 K](54)
    摘要:
    采用有限元法分析了高速异步电主轴电机定子结构的动力学特性(振型、固有频率),分别采用解析法和有限元法分析了电机在额定转速60 000 r/min下空载和负载的电磁力波,利用傅里叶变换对径向气隙磁密和径向电磁力波进行了谐波分析,得到了不同阶次不同频率下的谐波幅值。还将得到的电磁力波加载到电机定子相应节点处,对高速异步电主轴电机进行了电磁振动和声场分析,并计算出电机在空载和负载情况下产生的电磁噪声。
    13  适配功率电机齿槽转矩削弱方法研究
    李曾 关玉明 刘纯祥 赵越 李军
    2017, 44(12):74-80.
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 833.07 K](48)
    摘要:
    为削弱适配功率电机齿槽转矩,提高该电机动力输出性能,提出了匹配相邻磁极极弧系数的方法。首先,运用麦克斯韦应力张量法和傅里叶分解求解适配功率电机齿槽转矩解析模型,并对不等极弧系数进行匹配组合,解析结果表明齿槽转矩削弱了35%左右。然后,采用全局优化算法对不等极弧系数进行全局寻优匹配,齿槽转矩进一步得到优化。最后,依据理论研究结果加工制作样机并进行试验,试验结果显示,齿槽转矩实测数据和优化结果相比,总体误差为5%左右,且整体趋势与优化曲线相符。因此,所提用于削弱适配功率电机齿槽转矩的方法是有效且可行的。
    14  三相异步电动机不等匝绕组计算软件研究
    王鸿鹄 黄坚
    2017, 44(12):81-83.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 537.73 K](50)
    摘要:
    针对IE4电机开发过程中采用不等匝绕组设计存在的问题,在原三相异步电动机电磁设计软件V2.0版的基础上,开发了能够采用不等匝绕组进行设计计算的新版本软件MEMC V3.0。通过MEMC V3.0在YE4系列、YZTE4系列电机设计中应用。结果表明取得了预期效果。
    15  风储孤网系统小干扰稳定性分析研究
    叶鹏 李山 何淼 王刚 韩月 孙峰
    2017, 44(12):84-93.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 2.10 M](53)
    摘要:
    从电力系统运行的一般原理出发,开展风储孤网系统小信号稳定和动态稳定的研究,保障局部地区供电可靠性。基于特征值分析法和李亚普诺夫线性系统稳定性判据,对风储孤网系统小干扰稳定性问题进行了研究。提出风储孤网系统储能单元基于下垂控制模式的储能逆变器控制策略,并根据风储孤网系统各模块的控制策略建立相应的数学模型;基于特征值分析法进行风储孤网系统各模块数学模型的小干扰稳定性分析,并根据李亚普诺夫线性系统稳定性判据进行风储孤网系统的稳定性判断;基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建风储孤网系统仿真模型,通过仿真验证了风储孤网系统能够实现稳定运行,与小干扰稳定性分析得出的结论一致。研究成果可为风储孤网系统的运行稳定性研究提供理论参考。
    16  高速永磁电机定转子小间隙三维流场计算
    李维 程文杰 贾修建 肖玲 樊红卫 孙岩桦
    2017, 44(12):94-99.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 849.43 K](49)
    摘要:
    为了考察高速、超高速下这种“定转子环形间隙+定子槽”并联冷却结构的流场特性,针对一台额定转速120 000 r/min的超高速永磁电机,采用计算流体动力学方法对定转子小间隙三维流场进行了研究,分别考虑了定子槽、轴向冷却流,以及转速对电机定转子小间隙流场的影响。结果表明:定子开槽后,原先存在于定转子环形间隙内的泰勒涡消失了,另外高转速、轴向流加强了环形间隙区气流与定子槽区气流的混合程度。研究结果为高速永磁电机转子热设计提供了重要参考依据。
    17  行波型旋转超声电机定转子设计及有限元分析
    苏国兵 韩建超 齐鑫哲 蔡毅
    2017, 44(12):100-105.
    [摘要](11) [HTML](0) [PDF 849.58 K](45)
    摘要:
    研究了行波型旋转超声电机定转子接触动力传递机理,完成了超声电机关键部件定子、锥柔性转子设计,建立了考虑定转子径向滑移的三维接触模型以及有限元模型,分析了超声电机定子表面质点幅频特性、谐振速度以及径向位移量与齿高之间的关系。通过比较锥柔性、柔性转子与定子接触面质点径向相对位移,阐释了锥柔性转子通过自身弹性变形能更好地贴合在定子齿表面,减少定转子间相对滑移量并能提高超声电机的输出效率。最后通过合成一个行波周期内定子表面质点的位移轨迹,验证了定子驱动转子旋转运动的方式为椭圆运动。仿真结果对行波型旋转超声电机的设计具有指导意义。
    18  高速无轴承永磁电机设计与分析
    贾红云 张涛 曹永娟
    2017, 44(12):106-111.
    [摘要](20) [HTML](0) [PDF 756.13 K](60)
    摘要:
    高速电机具有高功率密度、能够减小设备体积与重量,可以直接驱动负载、提高传动效率,在航空航天、新能源、精密制造等领域具有广阔的应用前景。将无轴承永磁电机应用于高速驱动系统,在推导无轴承永磁电机数学模型基础上,提出了高速无轴承永磁电机设计方法。通过对一台额定功率2 300 W、额定转速8 000 r/min、调速范围0~60 000 r/min的高速无轴承永磁电机进行电磁和机械一体化设计,并采用有限元法对样机的电磁性能和动力学性能进行优化。仿真试验结果验证了所采用的设计方法的正确性。
    19  储能飞轮用大功率高速永磁同步电机电磁设计
    张勇 祖嘉蔚
    2017, 44(12):112-118.
    [摘要](21) [HTML](0) [PDF 1.00 M](52)
    摘要:
    储能飞轮用高速电机的工作状态包括电动机、发电机及空载三种。提高储能飞轮的能量转换效率、降低电机在各种运行状态的损耗成为其电磁设计的主要任务。从工程应用的角度,对储能飞轮用大功率高速永磁同步电机的绕组损耗、铁心损耗及涡流损耗进行了分析,重点分析了定转子间隙对转子构件涡流损耗的影响,同时提出了一种阶梯式转子永磁体结构,可满足永磁同步电机(PMSM)对空载反电动势的低谐波要求,并提出了转子护套材料的选取原则。最后通过一个算例介绍了电机的设计分析及性能参数的计算。
    20  电机智能制造信息化平台
    阎阅 尤德 马四松
    2017, 44(12):119-125.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 1.01 M](55)
    摘要:
    通过对电机制造工艺的分析,以及实地调研电机生产企业运行现状的基础上,针对电机制造工艺复杂、人工依赖大等特点提出了一种电机智能制造信息化平台建设方案。就整体信息系统提出了基于电机行业的工厂模型建立以及系统集成的建议,为电机行业建设智能制造工厂、优化生产管理提供参考。
    21  基于铜耗最小的五相永磁同步电机单相断路故障解耦容错控制
    赵美玲 全力 张超 朱孝勇
    2017, 44(12):126-133.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 935.72 K](54)
    摘要:
    为提高五相永磁同步电机故障状态下的转矩性能,提出了一种基于铜耗最小的解耦容错控制方法。在磁动势不变原理与铜耗最小原则的基础上,求解出故障后电机的容错电流,然后根据所求得的补偿电流,推导出电机缺相后的降维变换矩阵,从而建立故障后五相永磁同步电机的数学模型,实现故障后电机的解耦控制。采用联合仿真的方法来验证所提出的容错控制算法。仿真结果表明,缺相后电机的转矩脉动得到了有效的降低,实现了电机的无扰容错运行。

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