2019年第46卷第6期文章目次

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  • 1  基于精确反馈线性化控制的永磁同步电机低速运行特性研究
    杨朝江 马家庆
    2019, 46(6):1-7, 48.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 845.80 K](43)
    摘要:
    针对永磁同步电机(PMSM)低速运行时的速度跟踪精度差,使用输入输出精确反馈线性化控制,以探索高精度的PMSM低速运行控制特性。为了获取更好的精确控制性能,首先采用微分同胚变换和反馈线性化理论得到PMSM的输入输出精确反馈线性化的解耦模型,然后基于其解耦模型,实现了PMSM低速运行时的精确控制。仿真和试验结果表明:该方法能够快速跟踪负载转矩和指令速度,具有过冲小、静态误差小、鲁棒性强、控制精确性高等优点。
    2  具有效率优化计算的异步电动机自抗扰与滑模直接转矩控制
    吕文超 于海生 刘旭东 于金鹏 吴贺荣
    2019, 46(6):8-14.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 868.10 K](49)
    摘要:
    为了克服异步电动机直接转矩控制中转矩和电流脉动大等缺点,设计改进的自抗扰速度控制器取代传统的比例积分(PI)控制器。根据异步电动机的数学模型以及滑模变结构控制理论设计了一种基于转矩误差和磁链平方误差的新型滑模控制器。考虑电机运行过程中负载转矩未知问题,设计了一种基于Supertwisting算法的负载转矩观测器。Supertwisting定子磁链观测器的应用提高了观测精确度。通过效率优化计算得出稳态时最优定子磁链,并将其引入调速系统。仿真试验结果表明,该控制策略有效地减小了转矩和电流脉动,并且对外部扰动具有较强抑制作用,同时能够降低电机运行损耗,具有良好的动态和稳态性能。
    3  基于双变量预测控制的表贴式永磁同步电机直接转矩控制系统
    李耀华 孟祥臻 师浩浩 任佳越 杨启东 曲亚飞
    2019, 46(6):15-20.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 691.36 K](53)
    摘要:
    基于电压矢量幅值和相角为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)定子磁链幅值和转矩表达式,给出了9个不同幅值和相角的备选电压矢量,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量下一时刻的定子磁链幅值和转矩值,建立了基于磁链和转矩误差的目标函数,并选择使目标函数最小的电压矢量为作为下一时刻施加的最优电压矢量。仿真结果表明:在双变量预测控制下,SPMSM直接转矩控制系统运行良好,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。进一步对比分析表明:与开关表和固定电压矢量选择策略相比,双变量预测控制能显著减小转矩和磁链脉动。与开关表相比,转矩脉动均方根误差降低了62.92%,磁链脉动均方根误差降低了45.05%,评价函数均值降低了60.30%;与固定电压矢量选择策略相比,转矩脉动均方根误差降低了22.40%,磁链脉动均方根误差降低了3.85%,评价函数均值降低了15.93%。
    4  基于磁链观测的高速永磁同步电机控制方法研究
    马河涛 黄守道
    2019, 46(6):21-26.
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 782.72 K](52)
    摘要:
    高速永磁同步电机无速度传感器控制已经成为趋势。在采用传统模型参考自适应系统(MRAS)时,由于使用积分计算,磁链观测结果存在零漂和相移等问题。提出一种改进方法,将电压模型和电流模型磁链观测结果相减,把误差值经过PI调节后补偿电压模型中的电压,很好地解决了上述问题,控制性能优良。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型验证所提方法,结果表明:改进后的MRAS在全速范围内都能准确跟踪转子速度和位置,并且在负载突变情况下依然能够稳定运行。
    5  永磁同步电机变论域模糊直接转矩控制
    姬嗣龙 刘文生
    2019, 46(6):27-32.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 777.37 K](41)
    摘要:
    直接转矩控制(DTC)相比矢量控制转矩响应快,能够很好地适应对转矩响应要求较高的应用场合。但常规DTC存在转矩脉动、磁链脉动大和谐波电流较大的缺点,可能导致更高的定子铜耗,从而降低驱动效率。针对这一问题,以DTC基本原理为出发点,提出一种用磁链和转矩模糊控制器代替传统滞环比较器的控制策略。常规模糊控制器可能会出现模糊规则不足或得不到充分应用的情况,导致模糊控制效果变差,针对这一不足在转矩环加入变论域模糊控制。使用MATLAB/Simulink对变论域模糊DTC系统进行仿真。仿真结果表明:该变论域模糊控制系统能够有效地抑制转矩脉动、磁链脉动和谐波电流。
    6  基于二阶滑模算法的永磁电机直接转矩控制
    王凯东 张超
    2019, 46(6):33-37, 54.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 677.17 K](48)
    摘要:
    针对传统直接转矩控制(DTC)方法低速控制精度差、转矩脉动大、开关频率不稳定等问题,提出了一种基于二阶滑模控制的永磁电机DTC方法。该控制方法基于二阶滑模控制原理,将传统磁链控制器与转矩控制器以滑模控制器替代,对空间电压进行矢量调制,提高了开关频率的稳定性,获得了良好的动态稳定性,改善了电机输出性能。仿真与试验结果表明,该控制方法能够有效减小电流脉动与转矩脉动,同时提高了控制系统的抗干扰能力,实现了电机的快速动态响应,具有较强的鲁棒性能。
    7  基于改进滑模速度控制器的永磁直线同步电机直接推力控制
    向凡 许鸣珠
    2019, 46(6):38-43.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 818.19 K](47)
    摘要:
    针对永磁直线同步电机(PMLSM)直接推力控制中存在的超调量大、抗负载扰动能力差、响应速度慢等问题,提出了一种改进的滑模控制速度调节器。该算法中滑模控制趋近律的设计在等速趋近律的基础上引入加权积分型增益的趋近律,能有效避免系统不在滑动模态阶段时切换增益的增大。仿真结果表明:与传统PI速度控制相比,采用改进后的滑模速度控制器应用在PMLSM直接推力控制系统中,系统速度在负载变化时的响应时间缩短、抗扰动能力明显提升,增强了PMLSM推力响应的抗扰动性能。
    8  基于模糊自适应扩展卡尔曼滤波器的异步电动机无速度传感器控制
    杨景明 王亚超 杨波 李明煜
    2019, 46(6):44-48.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 712.69 K](44)
    摘要:
    针对传统扩展卡尔曼滤波器(EKF)固定的噪声协方差矩阵在观测感应电动机转速时不能同时满足系统动态和静态下精确估计的问题,提出了一种模糊自适应调整噪声协方差的方法。该方法可以根据状态鉴别器输出状态,经模糊自适应调整噪声协方差矩阵参数,解决了系统在动态和静态时对噪声协方差矩阵中不同参数需求的问题。仿真表明所提模糊自适应EKF转速估计精度更高,有效地提高了系统的抗干扰能力。
    9  模糊内模控制的永磁无刷直流电机控制研究
    王维强 程梁 曾晓松 严运兵
    2019, 46(6):49-54.
    [摘要](4) [HTML](0) [PDF 788.75 K](45)
    摘要:
    永磁无刷直流电机在日常生活和工业领域中有着广泛的应用。随着控制要求的不断提升,传统双闭环永磁无刷电机控制系统已逐渐无法满足实际需求。针对控制要求,提出了内模控制与模糊控制相结合的驱动方式。在内模控制与双闭环控制相结合的基础上加入了模糊控制,电流环采用内模PI控制,转速环采用内模PI与模糊的共同控制。试验结果表明:基于模糊内模控制的驱动系统在响应速度、超调量、转矩波动等性能方面与传统双闭环控制系统相比,都有明显优势。
    10  基于扰动观测器的三相逆变电路改进型模型预测控制
    何文 王恩南 杨沛豪 刘向辰 冯仰敏 孟国军
    2019, 46(6):55-61.
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 932.75 K](45)
    摘要:
    经逆变电路并网的分布式发电系统中,为了解决传统模型预测控制(MPC)在电路参数变化时系统动态响应不佳的问题,在ABC三相坐标下,提出一种基于扰动观测器(DOB)的改进型模型预测控制(AdMPCDOB)方案,对被控电流进行两步预测,同时采用多重比例谐振(PR)调节器作为MPC的前馈补偿,消除预测电流的周期性误差,并提高对特定次谐波的抑制能力。考虑到电路参数变化和不确定扰动对系统造成的影响,采用电感电流扰动观测器对MPC输入信号进行精确观测。理论分析和仿真试验表明,所提改进型控制方案能够有效提高逆变器输出电能质量,降低并网电流总谐波畸变率(THD)。
    11  无刷直驱型圆刀裁布机的控制系统设计
    陈超 陈小元 王文梁 周洪强
    2019, 46(6):62-65, 83.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 804.23 K](42)
    摘要:
    针对服装产业的发展需求,采用无刷直流电机(BLDCM)驱动技术研制出一种直驱型圆刀裁布机的控制系统,实现了综合性能的提升。设计由单片机及外围电路、功率及驱动电路、霍尔位置检测电路、操控电路和辅助电源组成的数字控制器硬件电路,根据直驱结构的BLDCM特性和整个裁布机的工作特点,分析设计转速闭环控制策略。通过负载测试试验证明,调速性能精确高效;通过堵转测试试验证明,堵转时的过流保护迅速可靠。
    12  基于模糊径向基函数神经网络的永磁同步电机滑模观测器设计
    陈李济 应保胜 马强 伍娇
    2019, 46(6):66-71.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 808.37 K](45)
    摘要:
    针对传统滑模控制易导致系统出现抖振的问题,提出了一种模糊径向基函数(RBF)神经网络滑模观测器来实现永磁同步电机(PMSM)无传感器控制。为了减小观测器系统抖振,利用模糊RBF神经网络算法动态调整滑模增益,并采用李雅普诺夫稳定性定理证明了该模糊神经网络观测器的稳定性;利用锁相环(PLL)技术提高估算精度,并削弱计算噪声。基于MATLAB/Simulink软件平台搭建了仿真模型,将模糊RBF神经网络滑模观测器系统与传统滑模观测系统进行对比。结果表明,与传统的滑模观测器相比,新型滑模观测器能够快速、有效地跟踪转子位置,精确估算出转子速度,同时具有较好的动态特性。
    13  小功率低速直驱笼型异步电动机研究
    梁丙雪 王大志 张炳义 徐广人
    2019, 46(6):72-76, 101.
    [摘要](5) [HTML](0) [PDF 686.55 K](42)
    摘要:
    从机电一体化的角度提出了小功率低速直驱笼型异步电机(LLDSM)额定电压的确定方法,研究了额定电压与最大转矩倍数和变频电源最大输出电压之间的关系。论述了LLDSM极数和槽数的选择原则,并仿真分析了不同极槽配合时气隙磁场的谐波含量。最后对制作的LLDSM进行了试验,测得电机转矩与电流和电压的关系曲线,并对试验数据进行了研究分析,验证了理论分析的正确性。
    14  双三相永磁同步发电机多目标优化设计
    胡景泰 付显 梁海泉
    2019, 46(6):77-83.
    [摘要](9) [HTML](0) [PDF 954.76 K](41)
    摘要:
    为实现双三相永磁同步发电机(PMSG)的低固有电压调整率、高发电效率和低成本的特性,研究了侧重于降低固有电压调整率的多目标优化设计方案。采用解析法建立单元电机磁链模型,以永磁体磁化方向长度、永磁体所跨弧长和单元电机相绕组匝数为设计变量,分析上述参数对固有电压调整率、发电效率等评价指标的影响,并提出了基于权重系数的多目标优化函数。分别用标准遗传算法(SGA)、差分进化算法(DE)和基于以上2种算法的混合遗传算法(HGA)优化设计参数并进行对比。试验结果表明,HGA优化效果与设计目标具有良好的一致性,与初始设计参数相比,优化后的电机输出能力以及稳压能力均有所改善。
    15  电动飞机电机控制器风冷散热结构的计算与改进
    王书礼 马少华 张硕
    2019, 46(6):84-90.
    [摘要](27) [HTML](0) [PDF 990.50 K](71)
    摘要:
    根据电动飞机的飞行剖面,建立了电机控制器的系统损耗及IGBT模块的热阻网络模型,对电机控制器IGBT模块的温度进行计算。以轻量小型化为目标,对电机控制器的散热结构进行了改进。MATLAB/Simulink系统仿真试验和地面台架样机试验结果表明:改进的风冷散热器能够满足电动飞机电机控制器的散热需求,且重量降低5%。
    16  车载中频高速同步发电机设计
    邓红军
    2019, 46(6):91-94.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 681.41 K](54)
    摘要:
    对车载中频高速同步发电机设计思路和设计特点进行阐述。根据设计思路和设计特点制造了试验样机,在制造过程中着重对磁极线圈的绑扎与固定、三相旋转整流器的内部结构做了改进。进行了电机性能的试验分析,对采取的技术措施进行验证,验证了设计方法的有效性。这为同类电机设计提供了参考。
    17  基于MFC的拉扭复合系统界面设计
    刘思威 仇志坚
    2019, 46(6):95-101.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 979.57 K](46)
    摘要:
    为了方便对拉扭复合系统中2台伺服电机的控制,设计了基于MFC的上位机界面。通过串口通信,使用不同的按钮操作设置伺服驱动器相应参数,从而控制2台伺服电机的运行。上位机实时接收伺服驱动器监控数据绘制出转速、位移、转矩曲线。针对在数据接收过程中信息帧接收错误的情况,使用拼接两相邻错误信息帧的方法进行修复。结果表明:上位机界面实现了系统功能及对电机运行工况的监控。
    18  永磁同步电机转子初始位置角在线检测方法
    陈程 陶泽安
    2019, 46(6):102-105, 111.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 604.21 K](50)
    摘要:
    针对现有永磁同步电机(PMSM)转子初始位置角辨识方法存在的缺点,研究PMSM数学模型,推导电机转子位置与电机绕组电感之间的数学关系。提出利用电机三相绕组静态电感值初步判断转子位置,并用变频器发送激励电压实现转子的极性判断,进而准确辨识出转子的初始位置角。检测过程中无需转子预定位,且电机转子处于机械锁定或自由停止状态下均可实现。试验结果证明所提方法检测精度高,能够满足PMSM矢量控制的需求,具有一定的推广应用价值。
    19  基于降阶谐振控制器的三相逆变器电压控制研究
    薛曼曼 卢闻州 杨宇行
    2019, 46(6):106-111.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 780.05 K](39)
    摘要:
    针对三相逆变器输出侧接非线性负载时输出电压的质量易受谐波影响的问题,选用基于降阶谐振控制器(RRSC)的电压控制方法。与谐振控制器相比,RRSC能够进行正负序的分离,然后分别处理,并且计算量小,运算效率高。为了在此基础上再次降低输出电压谐波含量,进一步改进了RRSC,并将其用于三相逆变器电压控制。最后,对所提控制方法进行了仿真验证,并与降阶谐振控制方法进行了详细分析对比。仿真结果证明了所提控制方法的有效性。
    20  Z源三相四桥臂逆变器的三维空间矢量脉宽调制策略
    杜强 陈阳琦 徐建委
    2019, 46(6):112-118.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 946.32 K](54)
    摘要:
    对Z源三相四桥臂逆变器的稳态工作原理进行了深入分析,并提出一种改进的三维空间矢量脉宽调制策略,通过合理地选择直通桥臂,将直通状态插入到传统零矢量状态中,保证不影响有效开关状态和输出电压。同时,分析了直通占空比和调制比的耦合关系,得出直通占空比的最大取值,进而提出相应的最大恒定升压控制策略。在MATLAB/Simulink中搭建Z源三相四桥臂逆变器仿真模型,并在平衡及不平衡负载工况下进行仿真。仿真结果表明:Z源三相四桥臂逆变器在所提三维空间矢量脉宽调制策略下,不仅可以实现升压控制,而且相较传统Z源三相三桥臂逆变器,在不平衡负载条件下也能取得良好的控制效果。

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