2020年第47卷第1期文章目次

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  • 1  表贴式永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制系统
    李耀华 周逸凡 赵承辉 秦玉贵 杨启东 任佳越
    2020, 47(1):1-7. DOI: 10.12177/emca.2019.116
    [摘要](134) [HTML](0) [PDF 765.11 K](130)
    摘要:
    建立了基于定子磁链坐标系的表贴式永磁同步电机(SPMSM)下一时刻的磁链和转矩计算简化模型,验证了可以采用简化模型来计算下一时刻的磁链和转矩,从而降低无差拍控制计算复杂程度,提高系统实时性能,并得到实现磁链和转矩无差拍控制的理想输出电压矢量。采用模型预测控制(MPC)选择最接近理想电压矢量的基本电压矢量作为输出电压矢量。仿真验证了所提SPMSM磁链和转矩无差拍控制系统的可行性。为了进一步提高系统实时性能,提出2种无需MPC的基本电压矢量简化选择方法。仿真结果表明所提出的电压矢量简化选择方法控制效果与传统MPC非常接近,但省却了MPC计算,减小了系统计算负担。
    2  基于观测器的异步电机随机系统模糊反步位置跟踪控制
    赵恩亮 于金飞 程帅 于金鹏
    2020, 47(1):8-14. DOI: 10.12177/emca.2019.139
    [摘要](66) [HTML](0) [PDF 750.27 K](100)
    摘要:
    提出了一种基于观测器的异步电机随机系统模糊反步位置跟踪控制方法:通过构造降维观测器估计转子角速度;采用模糊逻辑系统逼近系统模型中的未知随机非线性函数。利用动态面控制技术解决传统反步设计中存在的“计算爆炸”问题。仿真结果表明:所提出的控制方法可以克服随机扰动的影响,并且确保跟踪误差收敛到足够小的原点邻域内。
    3  基于TSF的开关磁阻电机脉宽调制变占空比控制
    刘迪 赵永生 范云生 柳健
    2020, 47(1):15-20. DOI: 10.12177/emca.2019.132
    [摘要](53) [HTML](0) [PDF 746.48 K](53)
    摘要:
    传统的基于转矩分配函数(TSF)的开关磁阻电机(SRM)控制策略存在电流跟踪效果较差和转矩脉动高的问题。为此提出一种变占空比的控制方法。该方法结合电流滞环和脉宽调制(PWM)技术,根据电感的线性模型特性进行区间分段,然后通过改变不同区间上PWM的占空比来调节绕组两端的电压,达到精确跟踪电流和抑制转矩脉动的目的。对改进后的控制方法进行了仿真和试验验证,结果表明:与传统控制方法相比,改进后的控制策略具有更小的电流跟踪误差和转矩脉动。
    4  真空泵用多台屏蔽电机模式切换与位置补偿偏差耦合同步控制
    张永龙 安跃军 张志恒 王光玉
    2020, 47(1):21-28. DOI: 10.12177/emca.2019.118
    [摘要](44) [HTML](0) [PDF 906.16 K](69)
    摘要:
    针对真空泵用多台屏蔽电机起动、突加随机扰动、突加周期性负载及单/多电机不同时刻故障停机过程,设计了模式切换与位置补偿偏差耦合同步控制系统,创新性地在速度补偿器中引入位置补偿器,同时在故障瞬间将偏差耦合控制方式切换为主从控制。将所提出的控制系统与传统的虚拟电机控制系统进行了对比。结果表明:当发生单电机故障以及双电机不同时刻故障时,在相同的模式切换和位置补偿条件下,所提出的控制系统位置误差分别为4.6°和4°,在5°的误差允许范围内,而传统虚拟电机控制系统的位置误差分别为15°和20°。
    5  基于RTU平台的永磁同步电机无位置传感器控制算法
    杨泽贤 朱雨菲 陈瑜涵 温志威 张蔚
    2020, 47(1):29-35. DOI: 10.12177/emca.2019.137
    [摘要](47) [HTML](0) [PDF 926.54 K](63)
    摘要:
    传统电机控制中常用的芯片有FPGA、DSP、ARM等,均需要进行手工编程,不仅开发过程复杂,而且调试过程较为繁琐。针对此类情况,半实物仿真平台RTU (Real-time unit) 为用户提供了一种在真实硬件上无需手动编程就可以非常有效且快速地开发、优化和测试复杂控制算法的方法。采用RTU试验平台,实现了永磁同步电机(PMSM)模型参考自适应无位置传感器控制系统的开发。在MATLAB/Simulink和RTU平台下对该控制策略进行仿真和试验研究。研究结果证明了该控制方法的正确性以及RTU平台的可行性和有效性。
    6  负载转矩和转子电阻未知任意情形下感应电机转矩无源性跟踪控制
    马良河
    2020, 47(1):36-40. DOI: 10.12177/emca.2019.127
    [摘要](35) [HTML](0) [PDF 608.37 K](67)
    摘要:
    应用无源性控制方法研究了在负载转矩和转子电阻为未知时变情形下感应电机期望转矩的跟踪控制问题。基于感应电机的Euler-Lagrange(E-L)模型,通过设计控制器、期望轨道、期望转矩、转子电阻估计器、负载转矩估计器、转子状态观测器,在理论上证明了可以实现对任意时变期望转矩的渐近跟踪,以及对负载转矩和转子电阻的快速估计。基于MATLAB/Simulink的仿真结果,证明了理论结果的正确性、有效性和高性能。
    7  基于脉振高频方波注入的永磁同步电机无位置传感器磁场定向控制
    吴少风 单忠
    2020, 47(1):41-47. DOI: 10.12177/emca.2019.141
    [摘要](57) [HTML](0) [PDF 932.00 K](65)
    摘要:
    针对永磁同步电机的无位置传感器的磁场定向控制,采用了一种基于方波电压的脉振高频注入法。该方法注入新颖的方波电压信号,通过二阶有限长单位冲激响应(FIR)高通滤波器提取高频响应,使用闭环的锁相环进行位置计算,通过改变d轴基波电流辨别初始的转子极性。通过理论分析,用数学表达式描述了各环节实用的特征,然后根据分析的特征,进行了相应的试验。结果表明,注入高频方波,其频率提升至控制频率的一半,可闻噪声基本消失,信号处理极大简化,可测转速范围提升至中高速阶段。
    8  无刷双馈电机笼型转子磁场调制能力分析
    刘昊青 王淑红 白崟儒
    2020, 47(1):48-53. DOI: 10.12177/emca.2019.133
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 751.18 K](35)
    摘要:
    笼型转子无刷双馈电机(BDFM)由于其简单且特殊的转子结构,使得转子磁场谐波含量大,直接影响转子的磁场调制能力。从电机内部磁场入手,提出了一种快速计算BDFM转子磁场的方法,分析了转子磁场与转子短路环个数及短路环分布的关系。以短路环个数及短路环分布跨距为参数,建立MATLAB计算程序对转子磁场调制能力进行分析,研究了转子的极限调制能力。最后,通过Flux电磁场有限元分析软件建立电机模型并对所提方法进行了验证。研究结果有助于优化转子结构设计。
    9  笼型转子磁力耦合器调速特性
    葛研军 鞠录峰 潘林 关成平 刘永攀
    2020, 47(1):54-58. DOI: 10.12177/emca.2019.140
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 701.61 K](45)
    摘要:
    设计了一种基于异步电机笼型转子的调速型异步磁力耦合器(SRAMC),推导出其转矩与转差率关系式,并据此分析了SRAMC起动特性、拐点特性及同步特性的运行机理。建立了SRAMC有限元仿真模型,得到了转矩与转速曲线、转矩与转差率关系及相应的调速特性曲线。通过分析所建模型及上述曲线,得到了SRAMC起动及额定转矩与气隙磁密、永磁体极距及其耦合长度的平方成正比,且其最大转矩与内转子笼条电阻无关等结论。另外,SRAMC具有较为优异的调速特性,将其应用于离心式负载时,可获得较好的节能收益。
    10  成型绕组永磁电机优化设计
    孙重阳 冯桂宏
    2020, 47(1):59-65. DOI: 10.12177/emca.2019.142
    [摘要](36) [HTML](0) [PDF 914.92 K](35)
    摘要:
    成型绕组电机净槽满率高,在电机的额定功率、冷却系统、定子内外径、定子槽面积不变的条件下,采用成型绕组时,电机铁心长度更短,转矩密度更高。将节距为1的传统上下双层成型绕组结构改为左右放置,降低了成型绕组的绕制难度,提高了生产效率。开口槽槽口宽度较大,会增加气隙磁密中的谐波含量,降低电机运行稳定性。采用Taguchi方法,以成型绕组电机的气隙长度、定子槽宽和槽深为优化变量,对齿槽转矩、输出转矩进行优化;并建立电机模型进行有限元仿真分析。最终,通过样机试验验证了扁铜线成型绕组电机方案设计的合理性。
    11  基于GaN器件的高速直流无刷电机驱动器
    史炳伟 谢门喜
    2020, 47(1):66-70. DOI: 10.12177/emca.2019.126
    [摘要](24) [HTML](0) [PDF 794.49 K](36)
    摘要:
    传统直流无刷电机(BLDCM)驱动器以硅晶体管作为功率器件,工作频率低、开关损耗大,不适用于高速应用场合。宽禁带半导体氮化镓(GaN)晶体管,具有开关速度快、导通电阻小等优势,是高速驱动器的理想选择之一。基于GaN器件,设计了一款20 000 r/min转速的高速BLDCM驱动器。首先介绍了BLDCM驱动的工作原理,然后分析了GaN器件晶体管栅极驱动电阻值的计算过程,选取Si8273作为GaN晶体管GS61008P的驱动芯片,利用霍尔信号配合数字控制器软件得到换相脉冲,以完成高速驱动器的软硬件设计。验结果表明,GaN方案显著减小了驱动器体积,提高了响应速度。
    12  开式绕组无刷直流电机导通模式研究
    罗玲 黄其 张远
    2020, 47(1):71-77. DOI: 10.12177/emca.2019.136
    [摘要](31) [HTML](0) [PDF 857.79 K](62)
    摘要:
    三相无刷直流电机(BLDCM)广泛应用在电驱动领域。传统星形连接和三角形连接的BLDCM绕组之间存在中性点,导致电机转矩脉动和可靠性较差。提出一种将开式绕组应用于三相BLDCM的系统,介绍了开式绕组BLDCM的电路拓扑结构和8种导通模式,分析了开式绕组三相BLDCM的电磁方程,建立开式绕组BLDCM的MATLAB仿真模型,仿真开式绕组BLDCM在8种导通模式下的电流、转矩、转速波形。加工样机并设计试验平台,测试开式绕组BLDCM在两相导通六状态运行模式下的性能,与星形连接BLDCM相比,开式绕组BLDCM调速范围更广、换相转矩脉动减少、机械特性曲线相近。
    13  基于BP神经网络的永磁同步电机转矩观测器设计
    耿建平 闫俞佰 熊光阳 张奎庆 潘家栋
    2020, 47(1):78-83. DOI: 10.12177/emca.2019.125
    [摘要](28) [HTML](0) [PDF 785.77 K](44)
    摘要:
    针对永磁同步电机参数辨识困难、电磁转矩难以通过数学模型来精确估算从而导致电机控制精度以及驱动系统的整体性能下降的问题,设计了一种基于反向传播(BP)神经网络的电机电磁转矩网络拓扑。通过MATLAB/Simulink将该神经网络封装成转矩观测器,用于精确地计算电机转矩。最后通过试验平台进行试验验证,并与传统转矩的计算方式进行对比分析。结果表明:所设计的转矩观测器具有高精度的转矩输出性能,与传统转矩估算数学模型相比,具有更高的控制精度和准确性。
    14  基于Rd阻尼型LCLLC滤波器的永磁同步发电机绕组谐波抑制
    贺文军 何山 陈小丹 王本广 丁正龙
    2020, 47(1):84-90. DOI: 10.12177/emca.2019.128
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 903.01 K](55)
    摘要:
    在永磁风力发电系统中,为了减轻机侧变流器产生的脉宽调制(PWM)高频脉冲波对定子绕组的绝缘损害,降低谐波电流造成的发电机损耗,在分析传统PI控制策略的基础上,提出了一种新的策略。将谐振控制器与二自由度(2DOF)PID控制器相结合,设计谐振二自由度PID(R-2DOF PID)控制器,并通过粒子群(PSO)算法优化控制器参数,获得较强的电流跟踪能力、稳定的控制和良好的谐波电流抑制效果。同时,在机侧变流器端设计Rd阻尼型(滤波器电容支路串联电阻)LCLLC滤波器衰减PWM高频脉冲中的高次谐波,与传统PI控制结合Rd阻尼型LCL滤波器的谐波抑制策略相比,提出的控制器不仅能抑制电流谐波,实现电流环的无差拍控制,而且能减小外界扰动带来的影响,增强控制器的动态稳定性。使用MATLAB/Simulink对永磁同步发电机进行仿真试验,仿真结果表明,LCLLC滤波器对于滤除PWM高频脉冲的谐波成分效果较好,R-2DOF PID控制器可对周期信号进行无误差跟踪,达到抑制谐波的目的。
    15  新能源汽车用永磁辅助同步磁阻电机噪声及续航优化研究
    唐小春 于冰 许时杰 董江东
    2020, 47(1):91-96. DOI: 10.12177/emca.2019.143
    [摘要](35) [HTML](0) [PDF 857.99 K](81)
    摘要:
    永磁辅助同步磁阻电机具有高转矩/功率密度、高效率区间、高转速、低反电动势、低成本等优势,在新能源领域特别是乘用车驱动系统中得到越来越广泛的应用。但该类电机凸极率大、波形畸变大、转矩脉动大,易导致电机振动噪声及效率低下,进而导致整车振动噪声及续航不足等问题。通过增加转子隔磁孔,改变磁路走向的方式,降低了电机全转速段转矩脉动和对应负载气隙感应电动势波形总谐波畸变(THD)。对电机优化前后径向电磁力及谐响应进行仿真对比分析,并通过试验验证了该优化方法的有效性。
    16  某车用动力电机结构设计与仿真分析
    王玲珑 谌胜 章国光 周厚建 郭俊
    2020, 47(1):97-101. DOI: 10.12177/emca.2019.134
    [摘要](27) [HTML](0) [PDF 745.01 K](45)
    摘要:
    汽车产业面临越来越严峻的环境及能源挑战,促使各大车企在新能源汽车上投入更多的资金及技术。驱动电机是新能源汽车的核心部件之一,其工作在高温、振动的环境下,功率密度高。因此,电机结构设计关系到强度、振动噪声、耐久性等。阐述了某驱动电机的结构特点及设计开发过程。通过CAE软件仿真分析了整车不同工况下电机壳体静强度,扫频、随机振动工况时壳体承受的应力,以及整机模态。驱动电机通过专项振动试验,证明其结构强度及模态满足设计目标。
    17  无刷直流电机转子磁瓦表贴固定工艺研究
    谢帆 胡荣耀 郑士林 鲁浩
    2020, 47(1):102-105. DOI: 10.12177/emca.2019.121
    [摘要](46) [HTML](0) [PDF 594.07 K](103)
    摘要:
    针对无刷直流电机固定磁瓦的胶黏剂固化时间长的问题,分析计算磁瓦受力获得胶黏剂的最小粘接强度,开发验证热固胶,以实现磁瓦的快速固定。通过高温、低温、高温高湿、冷热冲击、高温及时试验验证了胶黏剂完全固化后的稳定性。结果表明,固定磁瓦所需的最小粘接强度为5.81 MPa,AC451胶水在60 ℃/20 min的条件下粘接强度为15.6 MPa,可实现磁瓦的完全固定。动平衡检测后随平衡泥室温固化5 h,胶水的粘接强度达到22.2 MPa,满足各项型式试验,且安全、可靠,具有广泛的工业应用前景。
    18  电机设备运维平台的软件设计与应用
    喻凯 陈叶荣 颜东烻
    2020, 47(1):106-109. DOI: 10.12177/emca.2019.130
    [摘要](75) [HTML](0) [PDF 564.68 K](47)
    摘要:
    传统电机设备人工运行维护效率低,且随着维护成本越来越高,制造业竞争日渐激烈,如何高效且低成本的解决设备故障,已成为影响制造企业发展的重要因素之一。结合现代化信息平台,根据电机故障的分类汇总,形成故障诊断分析问题库,再结合专家系统,建立电机运维平台。将其实际应用在企业生产环境中,通过给设备加装传感器和数据采集网关,运用电机运维平台系统,降低电机设备的运维成本,提高运维效率,支撑企业制造设备的运维信息化、自动化、智能化和安全化的发展,提升企业在当今信息时代的竞争力。

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