2018年第45卷第6期文章目次
2018, 45(6):1-5, 26.
摘要:
为了使三相永磁容错电机在单相故障后仍能输出满足要求的转矩,提出了容错电流优化控制方法。针对开路故障,利用故障前后磁动势不变的原则,得到了故障时的容错补偿电流,实现对转矩脉动的补偿。针对短路故障,利用分开补偿的策略,对由短路电流引起的转矩脉动和缺相不对称转矩脉动进行分开补偿,进行了电流矢量合成,实现了电机在短路时输出转矩脉动的最小化。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证了所提出容错控制方法的有效性。
为了使三相永磁容错电机在单相故障后仍能输出满足要求的转矩,提出了容错电流优化控制方法。针对开路故障,利用故障前后磁动势不变的原则,得到了故障时的容错补偿电流,实现对转矩脉动的补偿。针对短路故障,利用分开补偿的策略,对由短路电流引起的转矩脉动和缺相不对称转矩脉动进行分开补偿,进行了电流矢量合成,实现了电机在短路时输出转矩脉动的最小化。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证了所提出容错控制方法的有效性。
2018, 45(6):6-11.
摘要:
针对传统反电动势滑模观测器(SMO)抖振造成的永磁同步电机转子位置检测、转速估算不准确的问题,在传统反电动势SMO的基础上提出一种新型饱和函数SMO。构造反电动势状态观测方程,利用Lyapunov稳定性理论论证其收敛性；同时考虑观测器增益系数以及低通截止频率的给定,根据实时转速反馈选取合适的观测系数和低通滤波器的截止频率；在低通滤波器后增加卡尔曼滤波器滤除系统的测量噪声和测量误差,提高观测精度。对比仿真和试验结果,验证了新型饱和函数SMO算法的实用性和有效性。
针对传统反电动势滑模观测器(SMO)抖振造成的永磁同步电机转子位置检测、转速估算不准确的问题,在传统反电动势SMO的基础上提出一种新型饱和函数SMO。构造反电动势状态观测方程,利用Lyapunov稳定性理论论证其收敛性；同时考虑观测器增益系数以及低通截止频率的给定,根据实时转速反馈选取合适的观测系数和低通滤波器的截止频率；在低通滤波器后增加卡尔曼滤波器滤除系统的测量噪声和测量误差,提高观测精度。对比仿真和试验结果,验证了新型饱和函数SMO算法的实用性和有效性。
2018, 45(6):12-16.
摘要:
为保证转子磁链定向准确,提出了一种在线校正转子磁链角的方法。通过检测空间电压矢量PWM中的零电压矢量期间相电流的变化量,计算得到转子磁链的准确角度,经调节器在线调节转差角频率大小,从而校正转子磁链角,达到了提高电机控制性能的目的。通过试验验证了理论的正确性和方法的有效性。
为保证转子磁链定向准确,提出了一种在线校正转子磁链角的方法。通过检测空间电压矢量PWM中的零电压矢量期间相电流的变化量,计算得到转子磁链的准确角度,经调节器在线调节转差角频率大小,从而校正转子磁链角,达到了提高电机控制性能的目的。通过试验验证了理论的正确性和方法的有效性。
2018, 45(6):17-20, 33.
摘要:
在分析无轴承无刷直流电机径向悬浮力产生机理的基础上,建立了电机径向悬浮力的数学模型,并设计了无轴承无刷直流电机径向悬浮力控制的控制系统。对所设计的控制系统使用MATLAB工具进行建模与仿真。最后,在试验样机上进行了试验验证。结果表明,无轴承无刷直流电机能够稳定运行,且转子能够稳定悬浮于中心。
在分析无轴承无刷直流电机径向悬浮力产生机理的基础上,建立了电机径向悬浮力的数学模型,并设计了无轴承无刷直流电机径向悬浮力控制的控制系统。对所设计的控制系统使用MATLAB工具进行建模与仿真。最后,在试验样机上进行了试验验证。结果表明,无轴承无刷直流电机能够稳定运行,且转子能够稳定悬浮于中心。
2018, 45(6):21-26.
摘要:
针对传统开关表实现的表贴式永磁同步电机直接转矩控制中不合理转矩脉动的问题,提出了最优电压矢量选择策略。依据电压矢量对转矩和磁链的作用规律得到电压矢量选择区间表,建立了磁链和转矩误差成本函数,基于预测控制对区间内的电压矢量进行最优选择,并采用空间矢量调制技术实现。仿真结果表明:所提最优电压矢量选择策略可完全消除因开关表选择电压矢量不当引起的不合理转矩脉动,使得转矩平均误差降低58%、峰值误差降低67%,定子磁链幅值均值误差降低28%、峰值误差降低53%,同时由于采用了空间矢量调制技术,从而使得逆变器开关频率恒定。
针对传统开关表实现的表贴式永磁同步电机直接转矩控制中不合理转矩脉动的问题,提出了最优电压矢量选择策略。依据电压矢量对转矩和磁链的作用规律得到电压矢量选择区间表,建立了磁链和转矩误差成本函数,基于预测控制对区间内的电压矢量进行最优选择,并采用空间矢量调制技术实现。仿真结果表明:所提最优电压矢量选择策略可完全消除因开关表选择电压矢量不当引起的不合理转矩脉动,使得转矩平均误差降低58%、峰值误差降低67%,定子磁链幅值均值误差降低28%、峰值误差降低53%,同时由于采用了空间矢量调制技术,从而使得逆变器开关频率恒定。
2018, 45(6):27-33.
摘要:
为了使伺服系统在负载变动下得到优良的动态响应,提出了一种基于实际电机控制系统输入输出构建的非线性可调重构模型,对实际系统进行重构,并根据收敛之后的重构模型参数,完成电机关键机械参数的准确辨识。其中,全维观测器用来获得电机负载转矩状态观测量,与输入电磁转矩一同作为所构建的自适应机构的输入参数；当可调重构系统的输出与实际系统的输出为无差收敛时,实现对实际系统的重构。仿真和试验验证了该方法的可行性和有效性,能够对模型中预设的不同转动惯量进行准确的辨识。
为了使伺服系统在负载变动下得到优良的动态响应,提出了一种基于实际电机控制系统输入输出构建的非线性可调重构模型,对实际系统进行重构,并根据收敛之后的重构模型参数,完成电机关键机械参数的准确辨识。其中,全维观测器用来获得电机负载转矩状态观测量,与输入电磁转矩一同作为所构建的自适应机构的输入参数；当可调重构系统的输出与实际系统的输出为无差收敛时,实现对实际系统的重构。仿真和试验验证了该方法的可行性和有效性,能够对模型中预设的不同转动惯量进行准确的辨识。
2018, 45(6):34-39.
摘要:
针对永磁同步电机空间矢量直接转矩控制中存在的磁链脉动大、转速超调大和转速动态响应速度慢等问题,提出基于Supertwisting二阶滑模控制理论将转速环、磁链环和转矩上的控制器全部换成Supertwisting滑模控制器。对所提出的控制理论利用MATLAB/Simulink仿真软件进行仿真验证。仿真结果表明所提出的控制理论能够成功抑制转速超调,实现提高转速、磁链和转矩的动态响应速度、抑制转矩和磁链脉动。
针对永磁同步电机空间矢量直接转矩控制中存在的磁链脉动大、转速超调大和转速动态响应速度慢等问题,提出基于Supertwisting二阶滑模控制理论将转速环、磁链环和转矩上的控制器全部换成Supertwisting滑模控制器。对所提出的控制理论利用MATLAB/Simulink仿真软件进行仿真验证。仿真结果表明所提出的控制理论能够成功抑制转速超调,实现提高转速、磁链和转矩的动态响应速度、抑制转矩和磁链脉动。
2018, 45(6):40-45, 67.
摘要:
在电力电子逆变器控制领域,通过仿真同步发电机的同步特性来实现的虚拟同步发电机(VSG)技术作为近年来提高电力系统稳定性的主要手段得到了充分的研究,在一定程度上解决了分布式能源(DG)并网系统缺少惯性的问题,提高了系统电网频率的稳定性。然而,当电网强度发生变化时,原有的VSG控制策略并不能维持系统频率稳定性。为了进一步提升VSG对频率稳定性的作用,在传统VSG控制策略的基础上,对电网强度变化时VSG系统的频率稳定性进行了分析,研究了影响电网强度变化的因素,并在此基础上提出,可以通过增大VSG中系统惯量的方法来提高电网强度变化时频率稳定性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真工具,验证了所提方法的有效性。
在电力电子逆变器控制领域,通过仿真同步发电机的同步特性来实现的虚拟同步发电机(VSG)技术作为近年来提高电力系统稳定性的主要手段得到了充分的研究,在一定程度上解决了分布式能源(DG)并网系统缺少惯性的问题,提高了系统电网频率的稳定性。然而,当电网强度发生变化时,原有的VSG控制策略并不能维持系统频率稳定性。为了进一步提升VSG对频率稳定性的作用,在传统VSG控制策略的基础上,对电网强度变化时VSG系统的频率稳定性进行了分析,研究了影响电网强度变化的因素,并在此基础上提出,可以通过增大VSG中系统惯量的方法来提高电网强度变化时频率稳定性。最后,通过MATLAB/Simulink仿真工具,验证了所提方法的有效性。
2018, 45(6):46-50, 61.
摘要:
采用计算流体动力学的方法对YX3小型电机外冷却系统进行了数值计算。分析了冷却风扇的叶片数、叶片外径和叶片宽度对电机风扇通风性能的影响,并从降低风扇输入功率的角度对风扇进行改进设计和样机试验验证。结果表明,装有改进风扇的电机机械损耗下降了39.1%,温升基本不变,电机效率提高了0.6%。
采用计算流体动力学的方法对YX3小型电机外冷却系统进行了数值计算。分析了冷却风扇的叶片数、叶片外径和叶片宽度对电机风扇通风性能的影响,并从降低风扇输入功率的角度对风扇进行改进设计和样机试验验证。结果表明,装有改进风扇的电机机械损耗下降了39.1%,温升基本不变,电机效率提高了0.6%。
2018, 45(6):51-55.
摘要:
基于同心式永磁齿轮的运行机理,设计了一种新型的低速大转矩永磁复合电机模型,给出了模型参数化设计的计算方法。通过控制变量法,逐一改变调磁极块的长度、厚度,定子冲片轭铁厚度以及内转子轭铁的厚度等参数,再通过Ansoft有限元仿真软件对这些参数进行优化仿真。结果表明,可以有效提高电机的转矩密度,降低转速波动。
基于同心式永磁齿轮的运行机理,设计了一种新型的低速大转矩永磁复合电机模型,给出了模型参数化设计的计算方法。通过控制变量法,逐一改变调磁极块的长度、厚度,定子冲片轭铁厚度以及内转子轭铁的厚度等参数,再通过Ansoft有限元仿真软件对这些参数进行优化仿真。结果表明,可以有效提高电机的转矩密度,降低转速波动。
2018, 45(6):56-61.
摘要:
逆变器供电的永磁同步电机(PMSM)中电子器件的高频开关会产生高频的电流时间谐波,进而引起永磁体涡流损耗的显著增加。给出了一种考虑电流时间谐波的永磁体涡流损耗计算的解析式,详细分析了永磁体尺寸和透入深度与涡流损耗之间的关系,并通过一个理想的3D模型进行验证。以1台逆变器供电的48槽8极PMSM为例进行涡流损耗仿真计算,结果表明:永磁体合理的分块数可以有效减少涡流损耗。
逆变器供电的永磁同步电机(PMSM)中电子器件的高频开关会产生高频的电流时间谐波,进而引起永磁体涡流损耗的显著增加。给出了一种考虑电流时间谐波的永磁体涡流损耗计算的解析式,详细分析了永磁体尺寸和透入深度与涡流损耗之间的关系,并通过一个理想的3D模型进行验证。以1台逆变器供电的48槽8极PMSM为例进行涡流损耗仿真计算,结果表明:永磁体合理的分块数可以有效减少涡流损耗。
2018, 45(6):62-67.
摘要:
为了兼顾永磁电机低速、大转矩特性和恒功率区的运行范围,提出一种变磁阻可控磁通永磁游标(RVFCPMV)电机。以1台三相22/2对极RVFCPMV电机为例,介绍了RVFCPMV电机的拓扑结构。基于气隙磁通密度的调制,揭示了该电机具有低速、大转矩特性的实质,突破在电枢绕组中通入直轴去磁电流分量的传统弱磁方式,提出一种利用铁磁材料非线性导磁特性,通过调节励磁电流进而改变磁路磁阻方式实现永磁电机弱磁升速的方法。通过有限元方法对RVFCPMV电机进行了计算和分析,验证了该电机基速以下的低速、大转矩输出特性和基速以上的弱磁调速能力。
为了兼顾永磁电机低速、大转矩特性和恒功率区的运行范围,提出一种变磁阻可控磁通永磁游标(RVFCPMV)电机。以1台三相22/2对极RVFCPMV电机为例,介绍了RVFCPMV电机的拓扑结构。基于气隙磁通密度的调制,揭示了该电机具有低速、大转矩特性的实质,突破在电枢绕组中通入直轴去磁电流分量的传统弱磁方式,提出一种利用铁磁材料非线性导磁特性,通过调节励磁电流进而改变磁路磁阻方式实现永磁电机弱磁升速的方法。通过有限元方法对RVFCPMV电机进行了计算和分析,验证了该电机基速以下的低速、大转矩输出特性和基速以上的弱磁调速能力。
2018, 45(6):68-71, 101.
摘要:
为解决轴向磁场永磁同步电机温度过高导致电机运行性能降低的问题,针对电机转子进行了深入研究。先利用Maxwell三维电磁场有限元分析软件建立电机有限元模型,仿真电机磁场分布和气隙磁密波形,并计算平均涡流损耗；采用铜层屏蔽减小转子涡流损耗,并仿真出转子涡流损耗随铜层厚度变化情况。
为解决轴向磁场永磁同步电机温度过高导致电机运行性能降低的问题,针对电机转子进行了深入研究。先利用Maxwell三维电磁场有限元分析软件建立电机有限元模型,仿真电机磁场分布和气隙磁密波形,并计算平均涡流损耗；采用铜层屏蔽减小转子涡流损耗,并仿真出转子涡流损耗随铜层厚度变化情况。
2018, 45(6):72-75, 116.
摘要:
针对混合励磁永磁同步发电机的特殊磁路结构,介绍了一种用以计算交、直轴电抗参数的计算方法。利用该方法计算了1台7.5 kW、1 500 r/min的混合励磁永磁发电机的交轴电抗和直轴电抗,利用试验测试电抗参数对计算结果进行了验证。结果显示,所提混合励磁永磁同步发电机交、直轴电抗参数计算方法计算精度较高,为混合励磁永磁同步发电机结构参数和电抗参数的合理设计提供了帮助。
针对混合励磁永磁同步发电机的特殊磁路结构,介绍了一种用以计算交、直轴电抗参数的计算方法。利用该方法计算了1台7.5 kW、1 500 r/min的混合励磁永磁发电机的交轴电抗和直轴电抗,利用试验测试电抗参数对计算结果进行了验证。结果显示,所提混合励磁永磁同步发电机交、直轴电抗参数计算方法计算精度较高,为混合励磁永磁同步发电机结构参数和电抗参数的合理设计提供了帮助。
2018, 45(6):76-79.
摘要:
针对YE4电机开发需提高铁心制造精度的要求,通过对冲压模具的设计、材料选择和处理以及和冲床、硅钢材料的配合研究入手,减少了冲片毛刺高度。改进定子铁心装压的方法,提高了叠压系数,降低了电机铁耗。
针对YE4电机开发需提高铁心制造精度的要求,通过对冲压模具的设计、材料选择和处理以及和冲床、硅钢材料的配合研究入手,减少了冲片毛刺高度。改进定子铁心装压的方法,提高了叠压系数,降低了电机铁耗。
2018, 45(6):80-87, 108.
摘要:
将卷积神经网络引入风机故障检测领域,设计了一种一维卷积神经网络的结构,并和SoftMax分类器相结合构造了一种双层智能诊断架构。一维卷积神经网络用于行星齿轮箱数据的特征提取,SoftMax分类器对提取的特征进行分类。与传统智能算法相比,该方法具有训练样本少,可直接使用原始数据训练网络;计算效率高,可以适应实时诊断的需要。试验结果证明,该方法可以有效地诊断出不同工况下的行星齿轮箱中的齿轮故障。
将卷积神经网络引入风机故障检测领域,设计了一种一维卷积神经网络的结构,并和SoftMax分类器相结合构造了一种双层智能诊断架构。一维卷积神经网络用于行星齿轮箱数据的特征提取,SoftMax分类器对提取的特征进行分类。与传统智能算法相比,该方法具有训练样本少,可直接使用原始数据训练网络;计算效率高,可以适应实时诊断的需要。试验结果证明,该方法可以有效地诊断出不同工况下的行星齿轮箱中的齿轮故障。
2018, 45(6):88-94.
摘要:
设计了一种变桨距线性自抗扰控制器,估计和补偿了系统未建模部分和外界干扰,实现额定风速以上时系统输出功率稳定于额定值;并采用模型补偿方法对自抗扰控制器进行优化,减少了参数整定的数目,提高了系统控制精度。对额定功率为300 kW的风电机组分别在阶跃风、阵风以及湍流风作用下进行系统仿真。结果表明,该方法可以快速调节风速变化引起的输出波动,使得系统输出稳定且超调量小,具有很好的稳定性和鲁棒性。
设计了一种变桨距线性自抗扰控制器,估计和补偿了系统未建模部分和外界干扰,实现额定风速以上时系统输出功率稳定于额定值;并采用模型补偿方法对自抗扰控制器进行优化,减少了参数整定的数目,提高了系统控制精度。对额定功率为300 kW的风电机组分别在阶跃风、阵风以及湍流风作用下进行系统仿真。结果表明,该方法可以快速调节风速变化引起的输出波动,使得系统输出稳定且超调量小,具有很好的稳定性和鲁棒性。
2018, 45(6):95-101.
摘要:
针对电动汽车用五相永磁无刷电机单相开路故障,提出了一种基于非对称空间矢量脉宽调制策略的故障容错控制方案。新型故障容错控制的设计分为两个部分,对五相永磁无刷电机驱动系统开路故障下的电压矢量关系进行了分析,然后对空间矢量调制算法进行改进,即在一个扇区中选择构成不对称波形的开关状态作为输出。该非对称空间矢量调制可以降低非故障相的电流谐波和降低转矩脉动。基于试验平台开展了试验研究,试验结果验证了新型容错控制可实现系统故障期间的低转矩脉动,且保持较好的动态性能。
针对电动汽车用五相永磁无刷电机单相开路故障,提出了一种基于非对称空间矢量脉宽调制策略的故障容错控制方案。新型故障容错控制的设计分为两个部分,对五相永磁无刷电机驱动系统开路故障下的电压矢量关系进行了分析,然后对空间矢量调制算法进行改进,即在一个扇区中选择构成不对称波形的开关状态作为输出。该非对称空间矢量调制可以降低非故障相的电流谐波和降低转矩脉动。基于试验平台开展了试验研究,试验结果验证了新型容错控制可实现系统故障期间的低转矩脉动,且保持较好的动态性能。
2018, 45(6):102-108.
摘要:
基于Maxwell 2D和Simplorer联合仿真平台,以1台额定功率20 kW的电动汽车牵引用永磁同步电机为研究对象,建立考虑电机饱和问题和损耗影响的电机牵引系统仿真模型。通过分析恒转矩工作区间id=0控制与MTPA控制、高速运行区间id=0控制与弱磁控制的牵引特性,具体对比了电机的磁链、电流、转矩脉动、驱动效率等特性。通过试验测试,验证了仿真方法的正确性,为电动汽车牵引电机调速系统的控制仿真提供了参考。
基于Maxwell 2D和Simplorer联合仿真平台,以1台额定功率20 kW的电动汽车牵引用永磁同步电机为研究对象,建立考虑电机饱和问题和损耗影响的电机牵引系统仿真模型。通过分析恒转矩工作区间id=0控制与MTPA控制、高速运行区间id=0控制与弱磁控制的牵引特性,具体对比了电机的磁链、电流、转矩脉动、驱动效率等特性。通过试验测试,验证了仿真方法的正确性,为电动汽车牵引电机调速系统的控制仿真提供了参考。
2018, 45(6):109-116.
摘要:
为缓解能源短缺与环境污染问题,新能源汽车得到了迅速发展、推广,并成为当今汽车产业的重要研究方向。以新能源汽车电机的种类及国内外新能源汽车电机选型应用情况出发,对新能源汽车电机的发展趋势和对评价有关的测试项目作了分析研究。
为缓解能源短缺与环境污染问题,新能源汽车得到了迅速发展、推广,并成为当今汽车产业的重要研究方向。以新能源汽车电机的种类及国内外新能源汽车电机选型应用情况出发,对新能源汽车电机的发展趋势和对评价有关的测试项目作了分析研究。
2018, 45(6):117-121.
摘要:
分析了交流伺服系统的基本原理和电气性能特点。介绍了交流伺服系统主要性能评价指标和测试方法。据此,根据GB/T 16439—2009《交流伺服系统通用技术条件》中交流伺服系统试验测试的要求和特点,设计和搭建了用于交流伺服系统测试用的平台,并且介绍了在该平台实现交流伺服系统性能试验的方法。测试系统的设计实现为类似试验站的研制提供了重要参考。
分析了交流伺服系统的基本原理和电气性能特点。介绍了交流伺服系统主要性能评价指标和测试方法。据此,根据GB/T 16439—2009《交流伺服系统通用技术条件》中交流伺服系统试验测试的要求和特点,设计和搭建了用于交流伺服系统测试用的平台,并且介绍了在该平台实现交流伺服系统性能试验的方法。测试系统的设计实现为类似试验站的研制提供了重要参考。
《电机与控制应用》
月刊，1959年创刊
- 主管单位：上海市经济和信息化委员会
- 主办单位：上海电器科学研究所（集团）有限公司
- 刊号：ISSN 1673-6540
- CN 31-1959/TM
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