2019年第46卷第7期文章目次

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  • 1  针对直流母线电压跌落的永磁同步电机弱磁控制策略
    姚超 颜建虎 应展烽 张旭东 周鑫昇
    2019, 46(7):1-6.
    [摘要](17) [HTML](0) [PDF 883.40 K](43)
    摘要:
    针对车用永磁同步电机(PMSM)运行过程中直流母线电压跌落造成电机基速发生变化的问题,提出了一种根据直流母线电压实时调整PMSM直轴电流的弱磁控制方法。当电机母线电压低于给定转速所需要的母线电压,且电压极限椭圆与电流极限圆有交点时,通过判断电流调节器输出的电压综合矢量与实时直流母线电压,来调整电机直轴电流,从而维持恒定转速。根据所提控制方法搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型,仿真结果验证了所提控制方法能够解决直流母线电压跌落带来的转速突变的问题。最后,在仿真的基础上搭建了试验平台,通过试验验证了该弱磁控制算法的有效性。
    2  基于滑模观测器位置检测的水下推进器直接转矩控制研究
    朱春磊 曾庆军 周海霞 戴晓强 朱志宇
    2019, 46(7):7-13, 19.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 897.35 K](42)
    摘要:
    水下推进器是水下航行器的重要组成部分,为提高其转矩响应性能,提出了一种基于滑模观测器位置检测的水下推进器直接转矩控制方法。该方法将一种双曲正切函数引入线反电动势(EMF)滑模观测器,并将该滑模观测器应用于水下推进器直接转矩控制系统中,使得驱动控制系统通过水下推进器线反电动势观测值进行扇区判别与转矩估计,从而获得6个离散的换相信号,实现无位置检测的水下推进器直接转矩控制。仿真试验表明:所提控制方法能够很好地观测线反电动势,提高转矩动态响应,减小系统抖振幅度。
    3  基于电压电流混合模型的新型磁链观测器
    时维国 桑尧尧
    2019, 46(7):14-19.
    [摘要](37) [HTML](0) [PDF 788.49 K](57)
    摘要:
    针对传统磁链观测器存在的积分饱和及直流漂移等问题,提出一种改进的电压电流混合模型磁链观测器。通过对定子磁链观测器的理论分析,对传统电压模型积分方法进行改进并结合电流模型磁链观测器,提出了基于电压电流混合模型的磁链观测器,可以在全速范围内观测到精确的定子磁链,解决了在不同转速下,直流偏置、幅值衰减和相位偏移等问题。混合磁链观测器在中速区存在相位误差,引进补偿环节,对混合模型的输出结果进行相位补偿,降低了饱和效应引起的误差影响,提高了磁链观测器的动态性能。通过仿真对比,验证了改进混合模型磁链观测器在永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制中的可行性和优越性。
    4  基于磁极分段优化的内置式永磁同步电机齿槽转矩削弱方法
    阮博 谷爱昱 刘海 郭莉 廉迎战
    2019, 46(7):20-25.
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 781.59 K](50)
    摘要:
    内置式永磁同步电机的齿槽转矩会带来转矩脉动、电机控制精度变差、振动与噪声等一系列的问题,因此采取有效的削弱齿槽转矩措施至关重要。采用解析计算分析了永磁体径向分段对齿槽转矩的影响,在此基础上提出了一种改进的永磁体分段方法,从而有效地减少永磁体分段后对电机的反电动势和输出平均转矩等性能的影响。此外,基于改进的永磁体非均匀分段方法,还提出了一种永磁体不等厚非均匀分段来削弱齿槽转矩的新方法,并采用有限元法对永磁体均匀分段、非均匀分段和不等厚非均匀分段3种方法进行仿真验证和对比分析。仿真结果表明,采用永磁体不等厚非均匀分段方法的齿槽转矩削弱效果最佳。
    5  基于级联型逆变器的感应电机无速度传感器矢量控制
    李新元 马骏 高鹏 刘超 吴道阳 于浩然 赵玲
    2019, 46(7):26-30.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 734.43 K](68)
    摘要:
    针对采用级联型逆变器的感应电机矢量控制系统,提出了基于反电动势的转速辨识方法。该方法以反电动势作为系统模型输出来构造模型参考自适应系统(MRAS)。MRAS采用参考模型和可调模型并联型结构实现转速辨识,消除了纯积分环节带来的问题。将所提方法应用于感应电机矢量控制系统并通过仿真和试验得以实现。仿真和试验结果表明,该方法易于实现,能够准确估计电机的转速。
    6  基于神经网络的双馈感应发电机滑模控制
    王一博 管萍
    2019, 46(7):31-38.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 869.65 K](44)
    摘要:
    针对不平衡电网下双馈感应发电机运行不佳的问题,将神经网络控制和二阶滑模控制相结合构成的神经网络滑模控制器运用到双馈风力发电机的直接功率控制中。设计了二阶滑模控制器,二阶滑模能够有效地削弱传统滑模控制的抖振;接着,设计了径向基神经网络对系统的不确定部分进行逼近;最后,基于李雅普诺夫稳定性定理推导了神经网络权值更新律,证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明所设计控制策略能对有功、无功功率及其定子电流进行有效控制,削弱了传统滑模控制中的抖振。
    7  基于MRAS的永磁同步电机无位置传感器控制策略研究
    时维国 刘坤亮
    2019, 46(7):39-44.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 750.60 K](39)
    摘要:
    针对机械式传感器的使用会增加调速系统成本、故障率等问题,基于模型参考自适应系统(MRAS)设计了永磁同步电机(PMSM)无位置传感器矢量控制系统。推导了MRAS算法获取PMSM矢量调速系统转速与位置过程,给出了系统的自适应律选择,并证明了该系统满足Popov超稳定性条件,保证了系统渐进稳定。最后通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了仿真模型,仿真结果表明所设计的无位置传感器调速系统在负载突变以及转速动态变化等工况下具有良好的控制性能。
    8  无刷双馈电机静止坐标系数学模型的研究
    王景轩 王淑红 高若中 陈正方 王一帆
    2019, 46(7):45-50.
    [摘要](6) [HTML](0) [PDF 740.31 K](48)
    摘要:
    由于没有电刷和滑环,提高了运行的可靠性,降低了维护成本,因此无刷双馈电机(BDFM)在变速恒频发电领域有着广阔的应用前景。由于特殊的结构和工作原理,BDFM数学模型十分复杂。从BDFM多回路空间矢量数学模型出发,推导出了两个静止坐标系之间的坐标变换关系以及功率绕组静止坐标系数学模型和控制绕组静止坐标系数学模型,推导过程简洁明了。所得结果为BDFM理论分析和不同控制策略的研究提供了理论基础。MATLAB/Simulink环境下的仿真结果验证了数学模型及坐标变换关系的正确性。
    9  航空电机及控制器的温度场仿真分析
    卓亮 赵飞 马立丽 杨光力
    2019, 46(7):51-55.
    [摘要](26) [HTML](0) [PDF 737.05 K](48)
    摘要:
    对一种航空用高功率密度无刷直流电机,建立电机和控制器一体的三维热仿真模型。根据电机系统内部热交换及传热学相关理论,确定系统内散热系数与热边界条件,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对建立的热仿真模型进行温度场仿真与分析,得到了不同环境温度变化情况下电机和控制器的温度场分布和温度对时间变化的曲线。经与试验得到数据进行对比分析,验证了仿真的准确性。这对电机和控制器的设计与温度场计算提供了依据。
    10  高精度盘式永磁电机温度分析与研究
    高尧 曹君 邹春花 汪奇
    2019, 46(7):56-61, 88.
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 816.31 K](51)
    摘要:
    以高精度无槽盘式永磁电机为研究对象,建立了电机三维电磁仿真模型。详细分析了该电机反电动势和转矩特性,避免由高次谐波引起的定、转子及永磁体涡流损耗,有效改善了电机的热性能,为进一步研究打下基础。建立了三维温度场仿真模型,分析了热源分布和传热过程,计算了电机在自然散热条件下温度的稳态分布。最后通过电机温升试验,验证了理论分析的正确性与合理性。
    11  大中型高压高速电动机转轴静力学仿真分析
    韦福东 李光耀 姚丙雷 王建辉 刘朋鹏
    2019, 46(7):62-66.
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 674.22 K](49)
    摘要:
    以10 kV3 000 kW2极高压高速电动机为例,对转子偏心情况下电机转轴的静力学进行分析。对单边磁拉力的计算分别采用分析法和有限元法,并针对带有轴向通风槽的转轴挠度进行计算。然后通过ANSYS Workbench有限元仿真软件对转轴进行静力学仿真分析。在保证计算精度的基础上,可使用分析法。这为高压高速电动机单边磁拉力和转轴的静力学分析提供了参考。
    12  基于多物理场耦合的直驱永磁同步风力发电机定子绕组优化设计
    龚天明 李华
    2019, 46(7):67-71, 81.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 679.39 K](48)
    摘要:
    直驱永磁风力发电机具有结构简单、成本低、运行可靠等优点,在风能发电领域具有潜在的应用价值。以1台1 200 kW直驱永磁同步风力发电机为研究对象,进行了电磁场、温度场及热应力场等多物理场耦合分析,考虑由于温度变化及热变形对永磁体、铜线等电磁材料性能的影响,最终实现电磁性能、温度及形变的收敛,从而更为准确地分析发电机性能。以多物理场耦合分析方法对该发电机进行定子绕组优化设计,使绕组设计更加合理。所得结论对直驱永磁同步风力发电机设计具有一定的参考价值。
    13  牵引发电机汇流环绝缘结构优化研究
    冉继强 高云霞 邱添
    2019, 46(7):72-75, 93.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 652.80 K](44)
    摘要:
    针对牵引发电机汇流环产品标准化和通用化设计,列举了5种型号的交流传动内燃机车配套汇流环绝缘结构,提出了汇流环绝缘结构优化的设计方案。检测、试验和有限元分析结果表明,优化结构满足额定电压低于1 346 V的牵引发电机使用要求。这为以后设计不同要求的汇流环绝缘结构提供了参考依据。
    14  基于无刷直流电机的电动车控制器研究与设计
    沈朝萍 尚金秋 胡超 谢中敏
    2019, 46(7):76-81.
    [摘要](6) [HTML](0) [PDF 860.55 K](40)
    摘要:
    传统的电动车用无刷直流电机(BLDCM)控制器功率逆变电路,为实时检测相电流,通过电阻进行相电流采样并反馈给微控制单元(MCU)进行电流环闭环控制,然而,在功率较大的控制器电路应用中,大电流会导致功率损耗增加。为解决这一问题,以STM32系列微型单片机为核心,设计了一套电动车控制器控制电路。重点阐述BLDCM硬件控制。为改进电源短路保护电路,提出了一种新型的MOS管内阻采样方法,并制作铝基板PCB。测试结果表明:该控制电路测控性能稳定,能够应用于工业生产中。
    15  基于TI C2000系列DSP的无刷直流电机无位置传感器驱动控制系统设计
    傅贵武 王宇华
    2019, 46(7):82-88.
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 1.00 M](48)
    摘要:
    叙述了从传统的有刷直流电机到当前被广泛应用的无刷直流电机(BLDCM)发展的巨大进步,同时也分析了BLDCM传统控制系统存在的问题与不足,并基于TI C2000系列数字信号处理器(DSP)芯片及DRV8301前置驱动器芯片设计了一套解决这些问题与不足的BLDCM无位置传感器驱动控制系统。给出了该控制系统主要电路设计及主程序流程。该方案相较于传统控制系统方案具有运行稳定性好、控制性能优越、成本低、体积小、易于使用等诸多优点。
    16  电梯驱动系统测试台设计
    蔡瑶峰 叶亮 李怀珍
    2019, 46(7):89-93.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 689.10 K](42)
    摘要:
    介绍了采用四象限变频静止电源、ACS880变频器作为电梯驱动系统的试验电源和加载系统电源的电梯驱动系统测试台方案。测试台采用Yokogawa高精度WT1800E六通道电参数测量仪、CT系列宽频电流传感器和Kistler双量程转矩转速传感器,实现了电梯驱动系统的高精度测试;采用能量闭环回馈的方式进行对拖加载试验,能够满足30 kW及以下的电梯驱动系统的综合性能测试。方案试验结果表明:设备运行稳定可靠,试验控制灵活,操作简单方便,具有较高的设计参考价值。
    17  基于模糊自适应PI策略的并网逆变器死区补偿
    赵启明 徐国祥 王煜伟 杨沛豪 郭新宇
    2019, 46(7):94-99.
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 850.00 K](53)
    摘要:
    IGBT死区效应的存在使三相并网逆变器输出电流不能准确跟踪参考电流,导致系统控制性能较差,而传统的死区补偿方法在相电流过零时存在电流极性判断不准确的问题。针对以上问题,提出一种基于模糊自适应PI策略的三相并网逆变器死区补偿方法。该方案将扰动观测器应用到电流双环模糊自适应PI控制系统中,将死区效应引起的电压误差视为外部扰动,经过扰动观测器估算后,反馈到输入端用以抵消死区效应的影响。模糊自适应PI电流双环控制策略可以解决实际系统响应速度慢、动态特性差的问题。通过MATLAB/Simulink仿真和试验验证了所提方案能够有效降低死区效应的影响,提高系统动态响应。
    18  基于积分分离+死区PID的逆变电路控制系统研究
    李耀贵
    2019, 46(7):100-104.
    [摘要](13) [HTML](0) [PDF 680.45 K](44)
    摘要:
    为了提高逆变电路模块控制性能,在传统PID控制方法基础上提出了一种基于积分分离+死区PID控制的逆变电路控制方法,可有效解决传统PID控制引起的控制量超过被控对象而造成系统振荡的问题。积分分离+死区PID控制算法是在积分分离PID控制算法内引入死区PID控制算法,综合了两种控制算法的优点,既可延长控制系统使用寿命又可对系统偏差进行限制。最后通过MATLAB/Simulink建立具有逆变电路模块的高频电源仿真模型,将所提PID控制方法应用于其中,验证了所提方法的有效性和实用性。
    19  一种非隔离型交错高增益Boost变换器
    管春 娄哲理 龙江航 王俊杰
    2019, 46(7):105-110.
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 717.02 K](42)
    摘要:
    提出了一种高增益Boost变换器电路拓扑,与传统Boost变换器相比,电路工作在占空比D>0.5时实现了3倍的电压增益,均衡了有源开关管电压应力,并使其降低至输出电压的1/3。首先推演了构造两路复合支路高增益三端网络的变换器拓扑;然后分析电路全周期工作原理及电路特性;最后通过搭建1台140 W的试验样机验证了理论的正确性。

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