2019年第46卷第4期文章目次

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  • 1  永磁同步电机动态面模糊离散速度调节控制
    张国斌 于金鹏 于海生 王孟孟
    2019, 46(4):1-7.
    [摘要](21) [HTML](0) [PDF 672.64 K](62)
    摘要:
    针对永磁同步电机(PMSM)高阶非线性和外部负载扰动的问题,以反步法为基础,提出了动态面模糊离散速度调节控制方法。通过欧拉公式将PMSM连续模型离散化,得到离散模型;运用动态面方法,处理子系统中的虚拟控制函数,解决传统反步法中“计算爆炸”的问题;利用模糊逻辑系统逼近系统中的非线性部分,并给出模糊离散控制器。仿真结果表明:控制器能够有效地调节电机转速,对外部负载扰动具有良好的鲁棒性。
    2  五桥臂双永磁同步电机系统优化模型预测控制
    耿强 巨永龙 周湛清
    2019, 46(4):8-14, 26.
    [摘要](35) [HTML](0) [PDF 779.55 K](52)
    摘要:
    五桥臂逆变器传统模型预测控制一个控制周期内由单矢量作用,降低了2台电机的运行性能。针对该问题,提出了优化模型预测控制策略。通过对2台电机有效电压矢量和零电压矢量的占空比进行整体优化分配,减小电机的转矩波动,提高2台电机的控制精度,进而在满足2台三相电机控制独立性的情况下,提升了电机系统的控制性能。仿真结果验证了所提优化模型预测控制的正确性和有效性。
    3  永磁同步电机转矩脉动抑制方法
    汪丹妮 罗建 马鸿泰 金志辉 赵焕
    2019, 46(4):15-21.
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 899.33 K](49)
    摘要:
    分数槽集中绕组永磁同步电机被广泛用于伺服控制系统。由于电机极槽配合以及制造过程中机械加工与装配误差等因素,所以永磁同步伺服电机输出转矩中会存在固有的周期性转矩脉动,影响伺服系统实现高精度的速度与位置跟随。因此,采用转矩观测器来估计由上述原因造成的转矩脉动,再将转矩脉动与位置信号通过一定处理,计算出相应的前馈转矩电流,补偿到电流指令端,对转矩脉动进行抑制,从而减小转速脉动。通过仿真和试验验证了抑制方法的有效性。
    4  基于输入电流连续型开关升压变换器的永磁同步电机预测电流控制方法的研究
    刘硕 韩硕 杨立永
    2019, 46(4):22-26.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 623.72 K](47)
    摘要:
    针对传统永磁同步电机(PMSM)驱动系统存在的问题,应用一种连续型开关升压逆变器,通过应用预测控制方法提高PMSM控制性能。拓扑电路在逆变电路和输入直流电源之间加入一个开关升压电路,以达到提高系统电压增益和消除死区的目的,同时可使系统具有更高的可靠性。此外,采用预测电流控制(PCC)方法对PMSM进行控制,与传统的矢量控制技术相比,PCC具有更快的动态响应,并减少了电流脉动。最终,通过试验验证了基于开关升压变换器的PMSM PCC的可行性。
    5  基于模糊在线调整权重因子的三相六开关容错逆变器驱动异步电机FCSMPTC
    余现飞 缪仲翠 张文宾 王志浩 李东亮
    2019, 46(4):27-31, 37.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 690.38 K](54)
    摘要:
    为了进一步提高异步电机的控制性能,减小磁链和电流脉动,针对传统异步电机有限控制集模型预测转矩控制(FCSMPTC)中目标代价函数权重因子的配置问题,提出一种模糊在线调整权重因子的异步电机FCSMPTC方法。通过判断转矩和磁链误差,采用TakagiSugeno模糊控制方法实现对权重因子的动态调整,并给出了模糊论域和相应的模糊规则设计。同时考虑到三相异步电机驱动系统中逆变器开关故障给控制系统带来的影响,采用三相六开关容错控制策略对系统进行容错控制。仿真结果表明:该控制方法能够平滑磁链和电流输出,减小电流谐波。
    6  永磁同步电机弱磁最优控制策略研究
    龚锦标 施火泉
    2019, 46(4):32-37.
    [摘要](28) [HTML](0) [PDF 848.55 K](55)
    摘要:
    针对永磁同步电机(PMSM)在恒转矩区起动能力差、在恒功率区电流轨迹不易跟踪等问题,提出基于电压反馈复合电流前馈的定子电流弱磁最优控制策略。通过判断电流前馈环节达到稳定时所需的电流与采用最大转矩电流比(MTPA)算法所得电流大小,使定子电流在恒转矩区通过电流前馈作用快速跟踪MTPA曲线,加快起动;在恒功率区采用电压反馈复合电流前馈的策略,增强系统抗干扰能力的同时最大化直流母线电压利用率。为了验证该策略的可行性,搭建PMSM仿真模型,构建以dSPACE1007为核心的试验平台,对其进行仿真和试验,结果表明了该策略的稳定性和有效性。
    7  基于自适应FIR算法的交流伺服系统前馈控制
    刘细平 蔡少文 胡海林 刘雨锋
    2019, 46(4):38-43.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 813.52 K](120)
    摘要:
    永磁同步电机(PMSM)交流伺服控制系统中由于电子器件的开关引起相电流非正弦变化,经坐标变换得到的交直轴电流含有谐波成分,引起电流环振荡及电磁转矩脉动。在分析相电流与交直轴电流高次谐波关系,以及交直轴电流高次谐波对电磁转矩影响的基础上,提出了一种基于自适应FIR滤波器的交流伺服系统前馈控制策略,并在该方法的基础上提出了变步长因子算法,根据误差值改变步长因子,在提高滤波器收敛速度的同时减小超调。该算法与传统的一阶低通滤波器相比,相位不滞后,灵敏度更高,且系统稳定。改进后的控制策略有效地降低交直轴电流谐波,抑制电流环振荡及电磁转矩脉动,提高PMSM交流伺服控制系统稳定性及动态响应。通过仿真与试验证明了该方法的可行性。
    8  变频运行风机扭矩脉动抑制研究
    路鹏 梁超 沈中信 赵文广
    2019, 46(4):44-47, 56.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 599.76 K](44)
    摘要:
    针对某台轴流式引风机变频改造后频繁发生轴系故障的现象,采用无线应变电测技术测试了轴系扭应力脉动特性。试验发现,风机变频运行在一定转速以上时,传动轴扭应力脉动幅度突增,并一直维持在高位。在运行过程中扭应力脉动频率被锁定,不随转速变化,该现象和扭转共振不同。分析表明,变频器电机传动轴叶轮组成的机电耦联系统出现了扭振失稳。提出将轴系上的膜片联轴器改为高弹橡胶联轴器,通过增加系统阻尼的方法抑制扭振失稳。改造前后的试验结果对比表明,高弹联轴器可以有效地抑制轴系扭振失稳。
    9  基于EtherCAT通信的双直线电机位置联动控制系统设计
    苏明垢 鲁文其 纪科辉 王秀锋 董汉卿
    2019, 46(4):48-56.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 1.13 M](50)
    摘要:
    针对传统脉冲、模拟量控制系统在实时性、稳定性和同步性方面的不足,提出了一种基于EtherCAT工业实时以太网通信的双直线电机位置联动控制方案。设计了3种位置联动控制模式,详细分析了EtherCAT的分布时钟补偿算法,并搭建了联动控制试验平台,对所设计的控制系统进行了试验验证。试验结果表明,采用EtherCAT通信的双直线电机位置联动控制系统实时性高,双轴同步、交替响应性能良好,适用于同步精度和响应速度要求都较高的应用场合。
    10  计及频率变化的感应电动机负荷特性分析
    海世芳 司大军 孙士云 孙德娟 孙应毕
    2019, 46(4):57-64.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 949.64 K](60)
    摘要:
    对于异步联网系统中网架结构比较薄弱的省网系统或者系统解列后形成的孤岛,发生故障时会引起比较大的频率波动,在此情况下对感应电动机进行建模时考虑其频率特性尤为重要。基于感应电动机一阶机械暂态模型,利用解析法分别推导出不同负载特性下稳态及动态转差率关于系统频率的表达式,并在此基础上计算吸收的有功功率和无功功率,进而分析感应电动机的功率频率特性。在MATLAB中建立感应电动机五阶电磁暂态仿真模型,仿真分析不同负载特性感应电动机的功率频率特性。仿真结果与理论推导结果吻合,验证了在简化模型下推导得到的感应电动机频率特性解析式的正确性和有效性。
    11  基于有限元法的永磁同步电机定子固有频率研究
    黄厚佳 李全峰 徐余法
    2019, 46(4):65-70.
    [摘要](21) [HTML](0) [PDF 779.07 K](44)
    摘要:
    定子模态分析是研究永磁同步电机(PMSM)电磁振动噪声的重要环节,对定子固有频率进行准确预测是抑制PMSM电磁振动噪声的基础。运用解析法分析了影响定子固有频率的主要因素。建立了定子系统各部分有限元仿真模型,通过有限元仿真和相关数据处理分析研究了绕组、机壳和端盖对定子固有频率的影响。结果表明:当绕组等效弹性模量低于某一临界值时,会使定子固有频率降低,而高于该临界值时,会使定子固有频率升高;机壳和端盖均会使定子的固有频率大幅度提高。
    12  计及高次谐波影响的高密度永磁同步电机铁耗计算
    揭丁爽 黄苏融 陈克慧 张琪
    2019, 46(4):71-76.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 780.21 K](49)
    摘要:
    在经典Bertotti三项式常系数铁耗计算模型的基础上,基于谐波分析原理,引入涡流损耗、磁滞损耗和附加损耗补偿系数,提出了一种计及高次谐波影响的高密度永磁同步电机(PMSM)铁耗计算模型。该模型中的补偿系数均随磁密幅值、频率和畸变率变化,能较好地反映基波及谐波磁场对铁耗的影响。为了验证该模型的有效性及准确性,以48槽/8极内转子和36槽/48极外转子两台PMSM为研究对象,将模型的计算值、有限元仿真结果和试验数据进行对比分析。结果表明,铁耗计算模型有较高的精度,特别适用于磁密幅值与频率变化范围大的场合。
    13  表贴式永磁同步电机永磁体偏心气隙磁场解析
    金永星 王爱元 孙健 王涛
    2019, 46(4):77-81, 91.
    [摘要](20) [HTML](0) [PDF 620.95 K](47)
    摘要:
    采用分区域的方法对表贴式永磁同步电机磁极偏心的气隙磁场进行推导解析。将求解区域分为永磁体区域、气隙区域、定子槽区域和基于分离变量法利用各区域的边界条件得出相关系数,并在计及永磁体偏心的情况下求解电机气隙磁场。解析模型能够计算电机空载和负载气隙磁场的分布。将解析模型计算结果与有限元分析结果进行对比,发现所建立的解析模型具有较高的准确度。
    14  永磁同步电机稳态短路试验
    王迎春 李祥成 柴群康 冯璐
    2019, 46(4):82-86, 114.
    [摘要](26) [HTML](0) [PDF 613.58 K](82)
    摘要:
    通过对永磁同步电机(PMSM)稳态短路工况中短路电流和短路转矩进行理论分析,得到了PMSM稳态短路电流和电磁转矩的解析表达式。结合二维有限元法对某型号180 kW PMSM短路工况下的短路电流和短路转矩进行仿真分析计算,确定PMSM在稳态短路试验时短路电流、短路转矩随电机转速的变化规律。采用1台PMSM进行三相稳态短路试验验证,记录了短路试验时不同转速下的短路电流和短路转矩。对试验结果与理论分析、仿真分析结果进行对比分析,验证了短路电流、短路转矩随转速的变化规律。
    15  基于磁共能的开关磁阻电机转矩在线快速估算
    张旭隆 李大鹏 静国梁
    2019, 46(4):87-91.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 712.76 K](44)
    摘要:
    为避免复杂的数学运算及降低处理器数据存储空间要求,在电压斩波控制的基础上,提出了一种基于磁共能的开关磁阻电机(SRM)转矩在线快速估算策略。详细阐述了磁链特性测量方法,给出了磁共能与转矩的计算公式。仿真和试验结果表明,瞬时转矩的在线快速估算值与实际测量值误差较小,说明磁共能方法适于转矩的在线快速估算。
    16  充水式潜水电机转子水磨耗的计算方法
    王灵沼
    2019, 46(4):92-95.
    [摘要](21) [HTML](0) [PDF 524.34 K](48)
    摘要:
    充水式潜水电机转子水磨耗占电机机械损耗的绝大部分,但至今还没有比较简单实用的计算方法。在理论分析和大量试验的基础上,找出了影响转子水磨耗的主要因素,研究、总结了比较实用的转子水磨耗的计算方法并在设计和生产中得到了验证和应用。
    17  并联H桥DC/DC变换器软开关技术研究
    王志刚 毛家惠 夏益辉
    2019, 46(4):96-100.
    [摘要](23) [HTML](0) [PDF 657.63 K](51)
    摘要:
    与传统的Buck电路相比,基于H桥并联的DC/DC变换器可以实现电压的双极性输出和故障时的冗余控制,非常适合用于大功率电动机正反转控制的场合。分析了并联H桥型DC/DC变换器的结构组成和双脉宽调制(PWM)模式。为了降低双脉宽调制下H桥型DC/DC变换器的开通和关断损耗,对无源软开关技术进行了分析,重点探讨了RCD缓冲电路和最小应力缓冲电路之间的性能差异,指出最小应力软开关技术可以获得更好的软开关性能,并就将其用于双脉宽调制下的并联H桥DC/DC变换器进行了仿真研究。仿真结果表明:最小应力软开关技术用于双脉宽调制下并联H桥DC/DC变换器时,可以实现开关管的零电压开通和零电流关断。
    18  边缘计算在电机远程运维系统中的应用探讨
    周洪发
    2019, 46(4):101-105.
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 764.38 K](47)
    摘要:
    介绍了边缘计算的基本概念及与云计算的对比。针对电机远程运维需求,介绍了电机远程运维系统的架构及主要功能。在描述边缘侧设备与远程运维平台的数据交互过程的基础上,详细阐述了边缘计算在电机远程运维系统中的应用。
    19  开关磁阻电机在游梁抽油机的应用与分析
    梁志宏 李刚 蒋幽君 陈佩斯 李红伟
    2019, 46(4):106-109, 125.
    [摘要](29) [HTML](0) [PDF 659.38 K](45)
    摘要:
    分析了游梁抽油机的负载特性,介绍了开关磁阻电机(SRM)的工作原理及其应用于抽油机电机的特点和优势,并分析探讨了SRM的控制结构及应用于抽油机系统的控制策略。基于模拟抽油机负荷特性建立的SRM试验平台进行了测试,结果表明SRM应用于抽油机有很高的运行效率和节能效果。SRM本身具有结构简单、可靠性高、控制灵活、调速性能好、运行效率高、温升低等优点,将其应用于抽油机系统有其独特的先天优势,能提高整个抽油机系统的运行效率和实现较好的节能效果。应用于新疆油田采油厂现场的测试结果进一步验证了该结论。
    20  基于旋转滤波矩阵束的异步电机转子断条故障诊断
    林志芳
    2019, 46(4):110-114.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 658.93 K](45)
    摘要:
    现有异步电机故障诊断技术存在短时数据分辨率低、硬件开销大等缺点。针对这一问题,提出一种基于短时数据的旋转滤波矩阵束的异步电机转子断条故障诊断新方法。利用矩阵束算法抗噪性能强的优点,准确求出定子电流基频成分,并通过逆、正同步旋转变换,剔除了定子电流中的基频成分。利用矩阵束算法准确估算定子电流故障信号的频率和幅值,突破传统基于快速傅里叶变换(FFT)分析算法分辨率不足的限制。仿真和电机试验共同表明:旋转滤波矩阵束算法可以在短时数据的基础上准确辨识转子断条故障。
    21  盘式对转永磁风力发电机设计与分析
    胡芳 饶志蒙 罗德荣
    2019, 46(4):115-120.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 851.13 K](56)
    摘要:
    针对现有风力发电系统普遍存在的工作风速范围较窄、风能利用率较低等问题,设计了一种盘式双转子对转永磁风力发电机,双转子对转运行。在介绍该电机的结构与运行原理的基础上,推导了电机功率尺寸方程,给出了该电机的初步设计方法。利用有限元软件对电机进行了三维建模和动态仿真分析,得到其磁路特点和电磁性能,验证了所提设计方法的有效性。
    22  基于超螺旋二阶滑模的双馈风力发电机控制策略
    刘国宏 丁喜波 陈昭 景元杰 侯广平
    2019, 46(4):121-125.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 42.58 M](51)
    摘要:
    传统双馈风力发电机(DFIG)控制存在抖振现象,容易造成系统的不稳定。为了减轻控制抖振现象,提高控制的稳定性,在分析了DFIG动态特性的基础上,建立了DFIG的数学模型,设计了超螺旋二阶滑模控制器,并研究了突变风的情况下滑模控制器的控制性能。通过MATLAB/Simulink工具进行了仿真验证。仿真结果证明:滑模控制器具有良好的最优转矩跟踪能力和无功调节能力,与一般的控制方法相比鲁棒性较强,转子控制电压连续,控制产生的抖振可以大幅减轻,系统的稳定性大大提升。

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