2019年第46卷第1期文章目次

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  • 1  永磁直线同步电机电流环新型线性自抗扰控制
    董家臣 高钦和
    2019, 46(1):1-8.
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 1.02 M](56)
    摘要:
    永磁直线同步电机的抗扰能力较弱,电流环的动态性能易受磁场畸变、逆变器死区等因素影响而下降。为增强电流环的控制品质,选择使用线性自抗扰控制(LADRC)作为q轴电流环的闭环控制策略。考虑追踪高频信号时,电流环逆变器、低通滤波器等小滞后环节动态响应的不可忽略性,采用时、频域分析结合的方法,将电流环与小滞后环节联立,在频域内推导出电流环的新型二阶控制模型,进而在时域内建立起三阶电流环LADRC系统。设计了超前校正环节以减轻阶数升高带来的控制滞后,并给出了详细的控制系统参数整定方法。通过仿真与传统LADRC进行了对比。结果表明:新型LADRC控制策略在电流动态跟随、扰动抑制上性能更优,所构建的控制系统具有良好的控制性能。
    2  表贴式永磁同步电机直接转矩控制变幅值预测控制研究
    李耀华 任佳越 师浩浩 杨启东 孟祥臻 曲亚飞
    2019, 46(1):9-14.
    [摘要](26) [HTML](0) [PDF 708.57 K](70)
    摘要:
    基于以电压矢量幅值为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)磁链和转矩方程,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量幅值的下一时刻磁链和转矩值,选择使磁链和转矩误差目标函数最小的电压矢量幅值作为最优值,从而确定下一时刻施加的电压矢量。仿真结果表明:在电压矢量变幅值预测下,SPMSM直接转矩控制(DTC)系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。预测控制需要从备选电压矢量幅值集合中选择最优幅值。理论上,备选电压矢量幅值个数越多,系统优化效果越好,但也带来更大的计算负担。研究了9种等分电压矢量情况下变幅值预测控制系统的控制效果。根据控制效果和计算负担,提出变幅值预测控制将电压矢量幅值三等分较为理想。
    3  一种混合励磁同步发电机的气隙磁密分析及其电压谐波抑制
    宁银行 鲁为华 赵朝会 刘闯
    2019, 46(1):15-20.
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 785.26 K](56)
    摘要:
    为改善混合励磁同步发电机的气隙磁密分布,采用三段式气隙长度对转子进行了优化,对比了优化前后的气隙磁密。为抑制电压谐波,在完成转子结构优化的基础上,进一步采用短距、分布电枢绕组以及定子斜槽等措施。最后对样机电压波形进行了实测和质量分析,结果表明:采用三段式气隙长度与定子斜槽相结合,可将电压波形的总谐波失真(THD)抑制在5%的范围内。此外,探讨了偏心距法在切向/径向混合励磁电机中应用的可行性,并对比了分别采用偏心距法和三段式气隙长度法时的气隙磁密。
    4  容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制
    袁晓强 张蔚 於锋
    2019, 46(1):21-27, 39.
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 842.77 K](61)
    摘要:
    为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。
    5  基于非奇异快速终端滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制
    王辉航 赵朝会 万东灵 胡怡婷 吉洪智
    2019, 46(1):28-33.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 741.94 K](61)
    摘要:
    在基于滑模观测器(SMO)的永磁同步电机无位置传感器控制中,位置和转速观测误差较大且抖振较强。为了解决这个问题,在分析传统SMO的基础上,研究一种非奇异快速终端滑模面,并探讨了一种带有积分的滑模控制律,有效地提高了观测精度,且降低了抖振,省去了低通滤波器和转子位置的补偿环节。通过李雅普诺夫函数证明了该观测器的稳定性。最后利用MATLAB/Simulink软件进行仿真。结果表明:所研究的观测器相比传统SMO拥有更好的控制性能。
    6  基于改进型趋近律与负载观测器的永磁同步电机滑模速度控制器设计
    周旋 张海燕
    2019, 46(1):34-39.
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 709.09 K](59)
    摘要:
    为了提高三相永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态品质,改善传统滑模速度控制器的控制性能,抑制系统抖振,提高控制精度,设计了基于新型趋近律与负载观测器的改进型滑模速度控制器。利用MATLAB/Simulink仿真软件,搭建控制系统模型并进行仿真分析。仿真验证了所设计的改进型PMSM速度控制器的有效性。该控制器可获得较好的速度跟踪精度和抗负载扰动能力,提高系统的稳定性和鲁棒性。
    7  基于模糊自适应PID的开关磁阻电机滞环脉宽调制直接瞬时转矩控制
    程勇 曹晓晓
    2019, 46(1):40-47.
    [摘要](26) [HTML](0) [PDF 980.14 K](92)
    摘要:
    开关磁阻电机(SRM)具有转矩脉动较大的特点。提出一种结合滞环控制和脉宽调制(PWM)的直接瞬时转矩控制策略解决此类问题。分析了转矩在控制过程中出现大波动的机理,制订了单相区和换相区不同控制方法。考虑到转矩在不同条件下输出特性,将PWM等效策略引入滞环限间,优化了转矩控制效果。加入了模糊自适应PID控制器,提高系统响应性能。仿真结果表明该控制策略响应速度快,能有效地抑制SRM的转矩脉动。
    8  基于前馈补偿的钻机系统永磁电机预测控制
    朱奇先 王睿敏 董海鹰
    2019, 46(1):48-54.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 846.35 K](48)
    摘要:
    将永磁同步电机(PMSM)作为石油钻机系统的驱动设备时,针对快速响应和强鲁棒性的控制要求以及复杂工况下的外部扰动问题,提出了基于前馈补偿的石油钻机系统PMSM预测控制策略。在该方法中,对电机转速环采用以电机数学模型为基础的预测控制,以实现PMSM的快速响应和提高鲁棒性,并引入扩展状态观测器进行扰动前馈补偿。仿真结果表明:与电机转速PI控制和动态矩阵控制相比,该控制策略响应速度更快,超调量小,在负载干扰下转速波动小且能更快地恢复至稳定值。
    9  基于FIR滤波器及分数阶重复控制的变频空调压缩机电流谐波抑制方法
    梅立雪 汪兆栋 孟凡琨
    2019, 46(1):55-63, 118.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 974.88 K](58)
    摘要:
    变频空调压缩机在低频运行时存在着较大的电流谐波。当采用普通重复控制器时,由于采样频率与电流谐波基频的比值不一定为整数,使得重复控制器内模与电流谐波基频存在偏差,导致普通重复控制器电流谐波抑制能力下降。针对该问题,采用基于固定采样频率的分数阶重复控制策略。首先,采用Lagrange插值定理去逼近分数延时环节;其次,采用FIR滤波器替代低通滤波器减小相位引起的误差;最后,针对分数阶重复控制器的相位滞后特性,分别进行低、中、高频段相位补偿。试验结果表明,提出的控制策略能够有效地抑制变频空调压缩机低频运行时的电流谐波。
    10  一种变频电机参数离线辨识方法的研究
    李昱兵 张德春 陈跃
    2019, 46(1):64-69.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 743.88 K](59)
    摘要:
    传统电机参数辨识采用固定脉冲宽度调制(PWM)波占空比。该方法导致电流大小不可控,而辨识电流大小又直接影响辨识准确性。为此,提出新的参数离线辨识方法,采用恒电流辨识原理并检测电机相电流,控制辨识电流在给定值附近波动,解决了电机辨识电流不合适问题。设计了续流二极管和IGBT电压模型,d轴和q轴电感辨识都采用在270°而非0°进行辨识,以此提高了辨识精度。最后,在变频冰箱上进行验证并与原来数据进行对比。该方法很好地解决了冰箱电机带背压条件下,电机d、q轴电感辨识不准确、辨识时间长等问题,试验结果证明了该方法的可行性和有效性。
    11  永磁直线同步电机推力脉动削弱方法综述
    冀相 许金 黄垂兵 王逸林
    2019, 46(1):70-74.
    [摘要](24) [HTML](0) [PDF 745.01 K](61)
    摘要:
    对永磁直线同步电机(PMLSM)的推力脉动削弱方法进行了原理介绍和特点分析。针对边端效应力、齿槽力和电磁脉动力,归纳和总结了其对应的推力脉动削弱方法,并对其控制方式进行了概括。最后讨论了PMLSM推力脉动削弱方法的发展趋势。所做研究有助于促进PMLSM性能的提高和应用领域的扩大。
    12  电机位置伺服控制器的参数化设计及试验比较
    程国卿 尤晓萍
    2019, 46(1):75-80.
    [摘要](20) [HTML](0) [PDF 777.83 K](74)
    摘要:
    为在伺服电机上实现准确的位置调节,提出了基于扩展状态观测器的鲁棒复合伺服控制和带误差积分的线性反馈控制方案,并以闭环阻尼和自然频率等作为设计参数,给出了全参数化的离散时域控制律。控制律在1台永磁同步电机上进行了试验测试。结果表明鲁棒复合控制在较大范围的位置目标和负载转矩下实现准确的点位运动,瞬态性能良好;而基于积分的线性反馈控制当目标位置或负载发生变化时伺服性能出现明显恶化,缺乏鲁棒性。
    13  双边永磁励磁游标电机运行原理及电磁特性仿真研究
    仲叙 陈迅 刘新波 杜怿 卢伟
    2019, 46(1):81-87, 93.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 791.39 K](53)
    摘要:
    为了进一步提高电机的功率密度和转矩密度,以满足直驱系统低速、大转矩的运行工况,提出一种新型双边永磁励磁游标(DPMEV)电机。该电机定子和转子上均放置有永磁体,利用定、转子齿对气隙磁导的双向调制作用,将两组永磁体产生的永磁磁场调制成少极数、高转速的有效谐波磁场,并根据有效谐波磁场设计电枢绕组,从而使定、转子上两组永磁体同时与电枢绕组耦合。介绍了DPMEV电机的拓扑结构。基于等效磁路法,对该电机的气隙磁通密度进行了分析,表明该电机可利用气隙磁导的双向调制作用,实现电机功率密度和转矩密度的有效提高。在深入分析电机工作原理的基础上,通过有限元法对DPMEV电机进行了计算和分析,验证了该电机具有适用于直驱系统的高功率密度和高转矩密度特性。
    14  高速开关磁阻电机用纳米晶定子铁心磁特性研究
    李立军 卢志超 李准 吴晓荣 高昇 李德仁
    2019, 46(1):88-93.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 758.56 K](72)
    摘要:
    以1台4/2极结构高速开关磁阻电机(SRM)为研究对象,研究纳米晶铁心磁特性及其对电机性能的影响。将采用叠块切割法制备的纳米晶定子铁心与传统硅钢冲片铁心做对比测试。搭建电机测试系统,对分别装配两种定子铁心电机的静态特性和负载运行性能做对比分析。结果表明:纳米晶合金铁心具有高磁导率、低矫顽力及低损耗特性,在1 kHz、1 T条件下,其损耗仅为35W300硅钢铁心的1/20;纳米晶合金铁心提高了SRM在铁心不饱和区的相电感峰值,并在转速25 000 r/min负载运行下显著降低了电机温升和输入功率。研究结果可为高效、高速SRM设计提供参考。
    15  基于不同拓扑结构的十二相同步发电机整流电压波形分析
    陈费 郭云珺
    2019, 46(1):94-100.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 871.22 K](58)
    摘要:
    传统中小功率十二相整流型同步发电机电压等级较低,整流装置通常采用4套不控整流单元并联结构。随着舰船中压直流综合电力技术的发展,整流发电系统的容量和电压等级大幅提升,十二相整流单元采用两并两串的拓扑结构可以适应发电机绕组较高的电压设计值,同时整流端中性线可引出用于电力推进调速装置的均压控制。分析了两并两串拓扑结构的不同联接组合型式,重点对两种可行的拓扑结构下的直流侧电压波形进行了解析计算,并通过仿真与试验验证了理论分析的正确性,证明了(Y1//Y3)+(Y2//Y4)拓扑结构为最优组合方式,具有最佳的直流电压品质。
    16  转子时间常数在线校正的感应电机转速观测
    车海军 李晓宁 霍丽娇 武炳林
    2019, 46(1):101-107.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 858.86 K](52)
    摘要:
    基于磁链的模型参考自适应算法中,转子时间常数失准会影响电流模型精度。建立了消除耦合关系的可同时辨识转速和转子时间常数的模型。针对纯积分环节造成的电压模型磁链失准问题,采用了包含两个神经元自适应滤波器的积分器代替传统积分器,消除了直流漂移和积分初始条件的影响。仿真结果表明:设计的模型参考自适应转速观测系统不受转子时间常数变化和直流漂移的影响,系统动态性能良好。最后在DSP电机控制试验平台上进行试验,验证了该方法的有效性和高性能。
    17  基于小波包和改进核最近邻算法的风机齿轮箱故障诊断方法
    王栋璀 丁云飞 朱晨烜 孙佳林
    2019, 46(1):108-113.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 864.33 K](51)
    摘要:
    齿轮箱作为风力机组的核心部件,故障频发,研究风机齿轮箱的故障诊断方法意义重大。针对最近邻(KNN)诊断方法对离群噪声不敏感和诊断精度较低的缺陷,提出了基于小波包和改进核最近邻算法的风机齿轮箱故障诊断方法。该方法应用小波包分析技术对故障特征进行提取,利用互近邻准则将故障数据集中的离群噪声点剔除,构建出基于核空间的改进型最近邻分类决策规则来识别齿轮箱的故障类型。试验表明:该方法可以有效地提升故障诊断精度和鲁棒性,为智能诊断技术的研究提供新思路。
    18  纯电动城市客车EMB执行机构驱动电机制动性能分析
    申锋 赵朝会 应凯文
    2019, 46(1):114-118.
    [摘要](26) [HTML](0) [PDF 634.66 K](53)
    摘要:
    传统气压制动系统存在压缩机、制动油箱和空气管路,占据较大空间,而采用电子机械制动(EMB)系统代替,不但可以减小空间,还能实现对夹紧力的快速响应和精确控制。以纯电动城市客车为目标车型,讨论了EMB执行机构方案,根据传统气压盘式制动器最大夹紧力推导出电机的堵转转矩和空载转速。据此设计了永磁无刷直流驱动电机,堵转转矩为10 N·m,空载转速为370 r/min。在Maxwell 2D中搭建驱动电机有限元模型,分析电机在消除间隙阶段和夹紧力增加阶段的制动性能。结果表明所设计的驱动电机制动性能可满足要求。
    19  基于反馈线性化的双馈风电机组次同步控制相互作用抑制策略
    李鹏瀚 王杰 吴飞
    2019, 46(1):119-125.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 917.87 K](60)
    摘要:
    大规模风电经固定串补线路送出时,由于变流器与固定串补之间的相互作用,使双馈风电机组(DFIG)可能会存在一种新的次同步谐振(SSR)问题,称为次同步控制相互作用(SSCI)。提出反馈线性化控制策略,并将之应用于DFIG转子侧变流器和网侧变流器控制回路以抑制SSCI。首先对系统的反馈线性化条件进行验证,再选取合适的坐标变换,在保证系统零动态稳定的前提下求得非线性状态反馈规律。在MATLAB/Simulink下的仿真结果表明:与参数已整定的比例积分控制策略相比,反馈线性化控制策略能够有效抑制SSCI,使DFIG在不同串补度和风速下都能保持稳定运行,且不影响DFIG的故障穿越能力。

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    • 刊号:ISSN 1673-6540
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