2020年第47卷第5期文章目次
2020, 47(5):1-6.
DOI: 10.12177/emca.2020.009
摘要:
针对电动汽车中永磁同步电机(PMSM)驱动柔性负载产生的振荡现象，提出了一种基于转速反馈的增量补偿式柔性负载谐振抑制方法。首先，通过高通滤波器找出转速中导致系统发生谐振的频率点。然后,将谐振频率点处的转矩增量经过负反馈调节补偿给电磁转矩处进行调整，以增大电磁转矩的垂直分量系数和系统的阻尼系数，在保证系统稳定性的同时达到谐振抑制的效果。在此基础上，引入转速反馈系数提高了系统极点的自由度，进一步提升了系统的控制性能。最后，通过仿真验证了方法的可行性。
针对电动汽车中永磁同步电机(PMSM)驱动柔性负载产生的振荡现象，提出了一种基于转速反馈的增量补偿式柔性负载谐振抑制方法。首先，通过高通滤波器找出转速中导致系统发生谐振的频率点。然后,将谐振频率点处的转矩增量经过负反馈调节补偿给电磁转矩处进行调整，以增大电磁转矩的垂直分量系数和系统的阻尼系数，在保证系统稳定性的同时达到谐振抑制的效果。在此基础上，引入转速反馈系数提高了系统极点的自由度，进一步提升了系统的控制性能。最后，通过仿真验证了方法的可行性。
2020, 47(5):7-17.
DOI: 10.12177/emca.2020.002
摘要:
为了提高直线伺服系统的动态性能，克服电励磁直线同步电机存在的参数时变性，设计模型参考自适应速度控制器。系统内环是基于参考模型的速度跟踪控制器，外环自适应机构在线调整速度跟踪控制器的可调参数并使参考模型输出速度与控制对象输出速度之间的广义速度误差趋近于零。采用基于Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应速度控制器设计方法，在保证广义速度跟踪误差收敛至零的同时，还保证了模型参考自适应速度控制系统具有稳定性和收敛性。采用欧拉数值积分方法，经过计算机数值仿真计算得到参考模型与控制对象的速度输出和初级交轴电流状态变量的时域响应曲线，验证了该自适应速度控制系统具有全局收敛性。
为了提高直线伺服系统的动态性能，克服电励磁直线同步电机存在的参数时变性，设计模型参考自适应速度控制器。系统内环是基于参考模型的速度跟踪控制器，外环自适应机构在线调整速度跟踪控制器的可调参数并使参考模型输出速度与控制对象输出速度之间的广义速度误差趋近于零。采用基于Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应速度控制器设计方法，在保证广义速度跟踪误差收敛至零的同时，还保证了模型参考自适应速度控制系统具有稳定性和收敛性。采用欧拉数值积分方法，经过计算机数值仿真计算得到参考模型与控制对象的速度输出和初级交轴电流状态变量的时域响应曲线，验证了该自适应速度控制系统具有全局收敛性。
2020, 47(5):18-21.
DOI: 10.12177/emca.2020.018
摘要:
为了提升永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态品质，提出了一种基于新型变指数趋近律的滑模速度控制算法。基于传统指数趋近律，引入了变指数函数和双曲正切函数，提高了系统趋近速度自适应调节能力和抖振抑制能力。基于新型变指数趋近律，设计了PMSM滑模速度控制器。通过与传统指数趋近律滑模控制算法、PI控制算法对比，仿真试验结果表明，新型滑模速度控制器具有较好的速度跟踪精度和抗扰动能力。
为了提升永磁同步电机(PMSM)调速系统的动态品质，提出了一种基于新型变指数趋近律的滑模速度控制算法。基于传统指数趋近律，引入了变指数函数和双曲正切函数，提高了系统趋近速度自适应调节能力和抖振抑制能力。基于新型变指数趋近律，设计了PMSM滑模速度控制器。通过与传统指数趋近律滑模控制算法、PI控制算法对比，仿真试验结果表明，新型滑模速度控制器具有较好的速度跟踪精度和抗扰动能力。
2020, 47(5):22-27.
DOI: 10.12177/emca.2020.013
摘要:
针对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)中磁链和转矩观测器误差较大引起的转矩脉动的问题，提出了一种基于空间解析模型的磁链和转矩观测器，并应用于基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制(SVPWM-DTC)中。通过有限元仿真获取磁链和转矩数值解，由该数值解推导了一种考虑电机空间谐波和磁饱和特性的磁链和转矩空间解析模型，构建了一种新型高精度的磁链和转矩观测器。仿真和试验对比表明，基于空间解析模型的观测器具有较高精度，能够有效抑制观测器误差导致的SVPWM-DTC转矩脉动。
针对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)中磁链和转矩观测器误差较大引起的转矩脉动的问题，提出了一种基于空间解析模型的磁链和转矩观测器，并应用于基于空间矢量脉宽调制的直接转矩控制(SVPWM-DTC)中。通过有限元仿真获取磁链和转矩数值解，由该数值解推导了一种考虑电机空间谐波和磁饱和特性的磁链和转矩空间解析模型，构建了一种新型高精度的磁链和转矩观测器。仿真和试验对比表明，基于空间解析模型的观测器具有较高精度，能够有效抑制观测器误差导致的SVPWM-DTC转矩脉动。
2020, 47(5):28-32.
DOI: 10.12177/emca.2020.010
摘要:
针对汽车方向盘电动助力转向系统可靠性问题，基于双三相永磁同步电机(PMSM)研究了绕组开路故障下的容错控制策略。以一相绕组开路为例，通过推导出电机绕组开路时的坐标变换矩阵，建立了故障下的双三相PMSM d-q轴坐标系数学模型。在对电压方程进行解耦变换的基础上，设计了结合前馈补偿的电流调节器架构，研究了定子总铜耗最小的容错控制策略。仿真结果表明，所研究的控制策略改善了双三相PMSM绕组缺相后的运行性能。
针对汽车方向盘电动助力转向系统可靠性问题，基于双三相永磁同步电机(PMSM)研究了绕组开路故障下的容错控制策略。以一相绕组开路为例，通过推导出电机绕组开路时的坐标变换矩阵，建立了故障下的双三相PMSM d-q轴坐标系数学模型。在对电压方程进行解耦变换的基础上，设计了结合前馈补偿的电流调节器架构，研究了定子总铜耗最小的容错控制策略。仿真结果表明，所研究的控制策略改善了双三相PMSM绕组缺相后的运行性能。
2020, 47(5):33-38.
DOI: 10.12177/emca.2020.014
摘要:
船舶永磁同步电机(PMSM)在海洋复杂环境下运行时，容易受到转矩扰动，严重影响电机的控制性能，这一问题在PMSM中低速运行时更为明显。针对这一问题，提出一种基于转矩扰动观测器+重复控制的PMSM矢量控制方案。设计了一个基于转子位置的转矩扰动观测器，用于估测PMSM扰动转矩，并在此基础上结合重复控制的思想，周期性地补偿并缩小由扰动转矩而产生的误差。通过MATLAB/Simulink仿真和试验，验证了该方案具有较强的抗转矩扰动能力和较好的调速性能。
船舶永磁同步电机(PMSM)在海洋复杂环境下运行时，容易受到转矩扰动，严重影响电机的控制性能，这一问题在PMSM中低速运行时更为明显。针对这一问题，提出一种基于转矩扰动观测器+重复控制的PMSM矢量控制方案。设计了一个基于转子位置的转矩扰动观测器，用于估测PMSM扰动转矩，并在此基础上结合重复控制的思想，周期性地补偿并缩小由扰动转矩而产生的误差。通过MATLAB/Simulink仿真和试验，验证了该方案具有较强的抗转矩扰动能力和较好的调速性能。
2020, 47(5):39-46.
DOI: 10.12177/emca.2020.025
摘要:
作者发现论文存在较大的质量问题。2021年3月24日撤销发表。
作者发现论文存在较大的质量问题。2021年3月24日撤销发表。
2020, 47(5):47-52.
DOI: 10.12177/emca.2020.021
摘要:
由于新能源并网变流器耐流能力不足，在电网发生故障时容易出现大规模脱网，造成新能源电力系统低电压穿越(LVRT)能力下降，进而危及电力系统的稳定运行。提出一种新能源同步电机对(MGP)系统用于提升新能源发电系统LVRT能力。首先给出了MGP系统的数学模型和控制方法，然后从机械运动方程入手分析MGP系统的故障隔离机理，并对直流电压反馈控制在电压跌落过程中的调控机理进行了详细阐述。进一步以光伏(PV)发电系统为例，通过仿真分析了采用MGP系统对低电压穿越能力的提升及无功支撑作用。最后对所提并网方案的低电压穿越效果进行试验研究，验证了光伏逆变器采用直流电压反馈控制后MGP系统可以有效提高光伏低电压穿越能力。
由于新能源并网变流器耐流能力不足，在电网发生故障时容易出现大规模脱网，造成新能源电力系统低电压穿越(LVRT)能力下降，进而危及电力系统的稳定运行。提出一种新能源同步电机对(MGP)系统用于提升新能源发电系统LVRT能力。首先给出了MGP系统的数学模型和控制方法，然后从机械运动方程入手分析MGP系统的故障隔离机理，并对直流电压反馈控制在电压跌落过程中的调控机理进行了详细阐述。进一步以光伏(PV)发电系统为例，通过仿真分析了采用MGP系统对低电压穿越能力的提升及无功支撑作用。最后对所提并网方案的低电压穿越效果进行试验研究，验证了光伏逆变器采用直流电压反馈控制后MGP系统可以有效提高光伏低电压穿越能力。
2020, 47(5):53-59.
DOI: 10.12177/emca.2020.017
摘要:
化工泵用屏蔽电机是化工泵的主要动力源，具有运行可靠、无介质泄漏等优点，因而对其运行性能及多物理场分布情况进行分析十分重要。设计了一种用于化工泵用屏蔽电机的新型复合鼠笼结构，通过商业场路耦合时步有限元软件确定电机尺寸，并对其驱动性能进行了分析。基于流固耦合思路，对比分析了新型复合鼠笼结构以及常规纯铜鼠笼电机的三维温度场分布和应力场分布，通过试验和解析计算，验证了所设计的化工泵用屏蔽电机新型复合鼠笼结构及电机方案的合理性和可行性。在基本确保力能指标的前提下，其起动转矩倍数提高了2.6%，起动电流倍数减小了2.2%，绕组端部温度降低了3.18 ℃，电机质量和成本均有所降低。
化工泵用屏蔽电机是化工泵的主要动力源，具有运行可靠、无介质泄漏等优点，因而对其运行性能及多物理场分布情况进行分析十分重要。设计了一种用于化工泵用屏蔽电机的新型复合鼠笼结构，通过商业场路耦合时步有限元软件确定电机尺寸，并对其驱动性能进行了分析。基于流固耦合思路，对比分析了新型复合鼠笼结构以及常规纯铜鼠笼电机的三维温度场分布和应力场分布，通过试验和解析计算，验证了所设计的化工泵用屏蔽电机新型复合鼠笼结构及电机方案的合理性和可行性。在基本确保力能指标的前提下，其起动转矩倍数提高了2.6%，起动电流倍数减小了2.2%，绕组端部温度降低了3.18 ℃，电机质量和成本均有所降低。
2020, 47(5):60-63.
DOI: 10.12177/emca.2020.022
摘要:
选取船用柴油发电机组运行过程中可能出现的极端工况作为分析对象，通过轴系稳态扭转振动计算和瞬时扭转振动仿真，计算某型船用柴油发电机组轴系扭转振动固有频率、稳态运行扭转振动应力基础值和瞬间过负荷工况轴系扭转振动附加应力。综合考量、全面分析瞬间过负荷工况柴油发电机组轴系运行安全性，确保柴油发电机组全工况可靠供电。
选取船用柴油发电机组运行过程中可能出现的极端工况作为分析对象，通过轴系稳态扭转振动计算和瞬时扭转振动仿真，计算某型船用柴油发电机组轴系扭转振动固有频率、稳态运行扭转振动应力基础值和瞬间过负荷工况轴系扭转振动附加应力。综合考量、全面分析瞬间过负荷工况柴油发电机组轴系运行安全性，确保柴油发电机组全工况可靠供电。
2020, 47(5):64-69.
DOI: 10.12177/emca.2020.015
摘要:
针对真空干泵用屏蔽电机在额定运行过程中温升过高导致绝缘老化，影响机组运行安全的问题，对1台4.5 kW真空干泵用水冷式屏蔽电机的水冷结构进行了设计，并进行了温度场仿真分析和试验。利用机械软件建立了屏蔽电机三维模型，借助有限元分析软件建立屏蔽电机温度场计算的仿真模型，设置热源激励和边界条件，获得了电机内各部件的温度场分布规律，并分析了冷却水流量、水道宽度、水道数及冷却水温对电机温升的影响；搭建试验平台进行温升试验，获得了从冷态起动到温升稳定过程中各部位温度，绘制温度随时间变化特征曲线。温度场分析与试验结果表明该电机设计合理，为后续的真空泵用屏蔽电机温度场分析及冷却系统的选择提供了一定的参考依据。
针对真空干泵用屏蔽电机在额定运行过程中温升过高导致绝缘老化，影响机组运行安全的问题，对1台4.5 kW真空干泵用水冷式屏蔽电机的水冷结构进行了设计，并进行了温度场仿真分析和试验。利用机械软件建立了屏蔽电机三维模型，借助有限元分析软件建立屏蔽电机温度场计算的仿真模型，设置热源激励和边界条件，获得了电机内各部件的温度场分布规律，并分析了冷却水流量、水道宽度、水道数及冷却水温对电机温升的影响；搭建试验平台进行温升试验，获得了从冷态起动到温升稳定过程中各部位温度，绘制温度随时间变化特征曲线。温度场分析与试验结果表明该电机设计合理，为后续的真空泵用屏蔽电机温度场分析及冷却系统的选择提供了一定的参考依据。
2020, 47(5):70-74.
DOI: 10.12177/emca.2020.028
摘要:
在保证定子绕组绝缘结构可靠性的前提下，通过控制漆包线导体直径（负公差）、漆膜偏心度（≤1.5）和漆膜厚度，减薄槽绝缘及槽楔厚度等方法，优化普通散绕绕组绝缘结构，提高定子槽满率，有利于提升电机效率。对采用优化设计组合的3种典型绝缘结构进行热老化评定，结果表明优化设计的3种绝缘结构温度指数均超过160 ℃，达到155（F）级。采用优化的绝缘结构方案，可以对高效电机的设计与开发提供帮助。
在保证定子绕组绝缘结构可靠性的前提下，通过控制漆包线导体直径（负公差）、漆膜偏心度（≤1.5）和漆膜厚度，减薄槽绝缘及槽楔厚度等方法，优化普通散绕绕组绝缘结构，提高定子槽满率，有利于提升电机效率。对采用优化设计组合的3种典型绝缘结构进行热老化评定，结果表明优化设计的3种绝缘结构温度指数均超过160 ℃，达到155（F）级。采用优化的绝缘结构方案，可以对高效电机的设计与开发提供帮助。
2020, 47(5):75-79.
DOI: 10.12177/emca.2020.005
摘要:
针对滚筒式炒菜机的锅体、叶片和倾倒动作的快速响应和平稳运行，设计了一种以STM32F767IGT6为主控制器的多电机协同控制器。采用74HC244隔离电路和双BTN7960芯片电机驱动电路实现电机控制，增量式编码器和光电耦合器测速电路实现速度反馈，PID算法实现速度的整定。试验表明，设计的多电机协同控制器能够实现电机的快速响应，电机在0.04~0.06 s稳定到预设速度，锅体、锅铲、倾倒控制电机可以实现同步和独立工作模式，并且相互影响可以忽略，满足炒菜机的动作需求。
针对滚筒式炒菜机的锅体、叶片和倾倒动作的快速响应和平稳运行，设计了一种以STM32F767IGT6为主控制器的多电机协同控制器。采用74HC244隔离电路和双BTN7960芯片电机驱动电路实现电机控制，增量式编码器和光电耦合器测速电路实现速度反馈，PID算法实现速度的整定。试验表明，设计的多电机协同控制器能够实现电机的快速响应，电机在0.04~0.06 s稳定到预设速度，锅体、锅铲、倾倒控制电机可以实现同步和独立工作模式，并且相互影响可以忽略，满足炒菜机的动作需求。
2020, 47(5):80-84.
DOI: 10.12177/emca.2020.026
摘要:
传统滑模控制容易发生抖振，影响了轮毂电机驱动电动汽车差速控制系统的稳定性。针对整车八自由度动力学模型，提出了一种基于协同控制理论的新型电子差速控制器设计方法，解决了控制过程中的抖振现象。该方法以转矩为控制目标，通过构造关于滑移率的广义变量使其以指数形式收敛于最优滑移率处。MATLAB/Simulink仿真结果表明，该新型电子差速控制器具有动态响应快、平滑、稳态特性良好等优点。
传统滑模控制容易发生抖振，影响了轮毂电机驱动电动汽车差速控制系统的稳定性。针对整车八自由度动力学模型，提出了一种基于协同控制理论的新型电子差速控制器设计方法，解决了控制过程中的抖振现象。该方法以转矩为控制目标，通过构造关于滑移率的广义变量使其以指数形式收敛于最优滑移率处。MATLAB/Simulink仿真结果表明，该新型电子差速控制器具有动态响应快、平滑、稳态特性良好等优点。
2020, 47(5):85-89.
DOI: 10.12177/emca.2020.012
摘要:
分析了微混系统在48 V电池异常情况下整个车辆的工作状态，为了保证该情况下车辆仍能够像传统车一样运行，此时起动发电一体机(IBSG)不再处于常规的扭矩控制模式，而是处于电压控制模式。为了研究电机转速和12 V负载变化对电压控制模式影响，分别在电机台架和某1.0 L排量发动机的样车上进行测试验证。结果表明，当48 V电池继电器断开后，电机能够顺利进入电压控制模式且平稳运行。该运行模式保证了48 V电池异常后仍能使车辆继续运行，作为一种辅助驾驶模式，增强了车辆的系统安全性和鲁棒性。
分析了微混系统在48 V电池异常情况下整个车辆的工作状态，为了保证该情况下车辆仍能够像传统车一样运行，此时起动发电一体机(IBSG)不再处于常规的扭矩控制模式，而是处于电压控制模式。为了研究电机转速和12 V负载变化对电压控制模式影响，分别在电机台架和某1.0 L排量发动机的样车上进行测试验证。结果表明，当48 V电池继电器断开后，电机能够顺利进入电压控制模式且平稳运行。该运行模式保证了48 V电池异常后仍能使车辆继续运行，作为一种辅助驾驶模式，增强了车辆的系统安全性和鲁棒性。
16 轮毂电机产业化难点简析
2020, 47(5):90-93.
DOI: 10.12177/emca.2020.016
摘要:
轮毂电机的显著优势及特点是将动力、传动和制动系统高度集成于轮毂内部，可使搭载车辆减省离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等驱动部件，从而降低质量、提高效率、简化底盘结构、提升车内可用空间。但轮毂电机的产业化之路，仍有诸多瓶颈尚需解决。结合轮毂电机相关技术、成本、制造、市场等难点简要分析，探讨了轮毂电机产业化发展思路。
轮毂电机的显著优势及特点是将动力、传动和制动系统高度集成于轮毂内部，可使搭载车辆减省离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等驱动部件，从而降低质量、提高效率、简化底盘结构、提升车内可用空间。但轮毂电机的产业化之路，仍有诸多瓶颈尚需解决。结合轮毂电机相关技术、成本、制造、市场等难点简要分析，探讨了轮毂电机产业化发展思路。
2020, 47(5):94-99.
DOI: 10.12177/emca.2019.176
摘要:
双向DC-DC变换器作为微电网的重要组成部分，可以实现各个微源之间的能量流动，但变换器并联运行时存在均流问题。为了解决双向DC-DC变换器的抗扰动能力和均流控制效果，在建立双向DC-DC变换器数学模型的基础上，设计了一种电压电流双闭环自抗扰控制(ADRC)策略，同时考虑双向DC-DC变换器并联运行的均流特性，将ADRC与中间电流均流控制相结合，提出了一种适用于DC-DC变换器的自抗扰均流控制算法。仿真结果表明,与传统PI控制系统相比，该控制系统具有更优的快速性、鲁棒性和适应性。
双向DC-DC变换器作为微电网的重要组成部分，可以实现各个微源之间的能量流动，但变换器并联运行时存在均流问题。为了解决双向DC-DC变换器的抗扰动能力和均流控制效果，在建立双向DC-DC变换器数学模型的基础上，设计了一种电压电流双闭环自抗扰控制(ADRC)策略，同时考虑双向DC-DC变换器并联运行的均流特性，将ADRC与中间电流均流控制相结合，提出了一种适用于DC-DC变换器的自抗扰均流控制算法。仿真结果表明,与传统PI控制系统相比，该控制系统具有更优的快速性、鲁棒性和适应性。
2020, 47(5):100-104.
DOI: 10.12177/emca.2020.008
摘要:
针对永磁同步电机(PMSM)定转子合装时容易吸附在一起导致定子绕组和轴承擦伤等问题，分析了定转子相吸的具体原因，提出一种简单实用的定转子合装工艺方案，并通过现场试装验证了该方案的可行性。最后将PMSM定转子合装工艺进行了推广应用，不但解决了绕组、轴承擦伤等问题，提升电机装配质量，而且大幅度提升了电机装配效率。
针对永磁同步电机(PMSM)定转子合装时容易吸附在一起导致定子绕组和轴承擦伤等问题，分析了定转子相吸的具体原因，提出一种简单实用的定转子合装工艺方案，并通过现场试装验证了该方案的可行性。最后将PMSM定转子合装工艺进行了推广应用，不但解决了绕组、轴承擦伤等问题，提升电机装配质量，而且大幅度提升了电机装配效率。
2020, 47(5):105-110.
DOI: 10.12177/emca.2020.020
摘要:
利用单片机开发了电流、电压同步高速采集设备。在不采用转速转矩传感器的情况下，提出了一种基于频谱分析的电机转速识别算法和基于气隙转矩法的电机转矩识别算法。开发了便携式电机能效测试设备，可在现场不拆卸电机的情况下完成电机能效测试，方便快捷。使用该设备进行电机能效测试，并与电机综合性能测试系统测试结果进行对比，吻合度较高。该便携式电机能效测试设备可满足工程测试实际需求。
利用单片机开发了电流、电压同步高速采集设备。在不采用转速转矩传感器的情况下，提出了一种基于频谱分析的电机转速识别算法和基于气隙转矩法的电机转矩识别算法。开发了便携式电机能效测试设备，可在现场不拆卸电机的情况下完成电机能效测试，方便快捷。使用该设备进行电机能效测试，并与电机综合性能测试系统测试结果进行对比，吻合度较高。该便携式电机能效测试设备可满足工程测试实际需求。
《电机与控制应用》
月刊，1959年创刊
- 主管单位：上海市经济和信息化委员会
- 主办单位：上海电器科学研究所（集团）有限公司
- 刊号：ISSN 1673-6540
- CN 31-1959/TM
- 地址：上海市武宁路505号
- 邮编：200063
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