2020年第8期文章目次

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  • 1  高性能磁场调制永磁直线电机研究综述与展望
    朱旭辉,赵文祥
    2020, 47(8):1-12. DOI: 10.12177/emca.2020.092
    [摘要](92) [HTML](0) [PDF 1.49 M](94)
    摘要:
    永磁直线电机(PMLM)直接以直线运动输出功率,具有结构简单、效率高等明显优势,适用于某些直线运动应用场合,受到越来越广泛的关注。分析了PMLM广泛存在的磁场调制效应,对几种典型PMLM拓扑结构进行研究,指出其内在磁场调制机理的应用。同时,针对PMLM结构的特殊性,讨论了几种电磁参数的建模方法。最后,对PMLM磁场理论与拓扑结构研究进行了展望和应用前景分析,对直线电机的实际工程应用具有一定的参考价值。
    2  基于有限集电流预测控制的永磁同步电机转矩脉动抑制
    李自成,易亚文,王后能,曾丽,熊涛
    2020, 47(8):13-18. DOI: 10.12177/emca.2020.073
    [摘要](62) [HTML](0) [PDF 791.41 K](75)
    摘要:
    永磁同步电机(PMSM)磁场定向控制策略鲁棒性差、动态响应速度慢,一般需要复杂的PID参数整定方法,并且很难在较大的速度范围内通过固定的一组PI参数获得较优的静动态性能。为了解决上述难题,提出一种有限控制集电流预测策略用于PMSM的电流环控制,该方法直接处理离散开关状态集合而无需复杂的空间矢量调制过程,利用快速转矩响应通过电流偏差构造价值函数对电机负载切换时转矩脉动进行优化。对控制延时进行补偿减小电流谐波畸变降低稳态转矩脉动。仿真结果表明:与传统的磁场定向控制方法相比,所提方法具有更好的静动态性能,且在低速、高速时该方法均可以有效的减小定子电流波动,抑制了电机的转矩脉动。
    3  基于全周期电感法的无位置传感器开关磁阻电机控制技术
    黄向慧,贺帅帅,程勇
    2020, 47(8):19-23. DOI: 10.12177/emca.2020.089
    [摘要](46) [HTML](0) [PDF 720.92 K](66)
    摘要:
    针对开关磁阻电机在大电流下因磁路饱和造成转子位置估计不准确问题,提出一种基于全周期电感交点与电感阈值相结合的转子位置估计法。该方法在高电感区设定相应相电感阈值,当电感处于非磁路饱和时,高电感区电感交点脉冲与设定相电感阈值脉冲采取相“与”的方式获取高电感位置估算脉冲;而当电感处于磁路饱和时,将所设定的电感阈值脉冲作为高电感区位置估算脉冲,然后通过相邻脉冲信号估计出电机转速和转子位置。最后通过仿真对该方法的正确性进行验证。
    4  基于负载观测的永磁同步电机非奇异快速终端滑模控制
    杨永乐,杨明发
    2020, 47(8):24-28. DOI: 10.12177/emca.2020.070
    [摘要](46) [HTML](0) [PDF 642.28 K](65)
    摘要:
    针对永磁同步电机矢量控制系统易受电机参数变化和负载扰动影响的问题,提出了基于负载观测的非奇异快速终端滑模控制策略。设计了非奇异快速终端滑模速度控制器替代了传统PI调节器,提升了系统鲁棒性,同时引入负载转矩观测器对负载实时观测,并将观测值作为电流前馈补偿,提升了系统抗负载扰动能力。仿真结果表明:与PI控制相比,所提控制策略有更快的响应速度,对负载扰动有较强的鲁棒性。
    5  基于模糊滑模算法的永磁同步电机无位置传感器矢量控制
    诸德宏,汪瑶,周振飞
    2020, 47(8):29-35. DOI: 10.12177/emca.2020.076
    [摘要](84) [HTML](0) [PDF 914.14 K](239)
    摘要:
    针对传统超螺旋算法二阶滑模观测器(STASSMO)在进行永磁同步电机(PMSM)转子位置和转速估算时固定滑模增益导致鲁棒性差的问题,在已有的稳定条件下提出一种模糊超螺旋算法二阶滑模观测器(FSTASSMO)。利用模糊控制器按照模糊规则进行滑模增益的整定,实现了超螺旋算法滑模增益自整定过程,提高了观测精度,拓宽了有效观测范围,增强了PMSM无位置传感器矢量控制系统的鲁棒性。最后,在MATLAB环境下搭建仿真控制系统对所提出的算法进行验证,结果表明所提算法有效可行。
    6  基于滑模变结构控制的内置式永磁同步电机无位置传感器矢量控制
    张伯泽,宗剑,钱平
    2020, 47(8):36-39. DOI: 10.12177/emca.2020.083
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 579.75 K](64)
    摘要:
    对一种基于滑模变结构控制(SMVSC)的内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器矢量控制策略进行了研究。针对SMVSC中固有的抖动问题,对其产生的机理进行了详细的分析与研究,用一种饱和函数代替符号函数进行改进,以降低符号函数的不连续性,同时将饱和函数的边界层厚度参数设置为一变量,进行自适应调节,通过调节边界层厚度函数值,减慢状态变量趋于滑模切换面的速度,以减小抖振。仿真结果表明:所研究的控制策略具有良好的动态响应和稳态响应,获得了精确的转子估算位置和估算转速,系统具有较强的鲁棒性。
    7  基于模糊自适应策略的大功率牵引电机定速控制
    李学明,黄明明,彭辉,袁靖
    2020, 47(8):40-46. DOI: 10.12177/emca.2020.071
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 857.18 K](36)
    摘要:
    为了提升大功率牵引电机定速控制精度,提出了一种模糊自适应控制方法。根据外部条件的变化,利用输入输出的模糊关系来自适应调节给定牵引/制动力矩,采用Butterworth滤波器对输出给定力矩进行滤波并利用积分环节来消除稳态误差,以获得良好的控制性能。以某型机车大功率牵引电机为测试对象,对各种复杂运用工况算法控制效果进行对比仿真测试,验证了所提算法的有效性和优越性。
    8  大转动惯量负载双机同步控制策略仿真研究
    马志军
    2020, 47(8):47-51. DOI: 10.12177/emca.2020.069
    [摘要](26) [HTML](0) [PDF 692.75 K](41)
    摘要:
    针对双同步电机通过软性轴驱动大转动惯量压缩机传动系统轴振荡问题,设计了一种有转速差补偿转速微分的控制方案。该控制方案在经转速环控制的基础上,引入转速差补偿和转速微分,通过对转速及转矩进行补偿,起到增加阻尼抑制振荡的作用。在Simulink平台上搭建了双同步电机拖动压缩机模型及双同步电机同步控制模型,为控制策略研究提供依据。仿真结果表明,所提出的控制方案可显著地抑制扭振。
    9  大惯量天线伺服跟踪复合控制技术
    郭绪猛
    2020, 47(8):52-56. DOI: 10.12177/emca.2020.077
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 674.19 K](28)
    摘要:
    理论分析了速度、加速度前馈控制对位置伺服跟踪系统动态性能的影响。结合某型雷达伺服系统的设计,给出了伺服系统速度环和位置环仿真设计,并对传统控制和复合控制从仿真和工程试验进行了对比。对比结果表明复合控制可以显著提高伺服系统的动态性能和跟踪精度。
    10  双馈感应发电机无锁相环直接功率控制
    刘祎恺,孔惠文,程鹏,贺敬
    2020, 47(8):57-62. DOI: 10.12177/emca.2020.080
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 780.63 K](38)
    摘要:
    直接功率控制(DPC)策略由于实施结构简洁、响应速率快等优势,在新能源发电领域得到了广泛的应用,因此提出基于两相静止坐标系的双馈感应发电机(DFIG)无锁相环DPC策略。针对两相静止坐标系中DFIG有功、无功功率动态方程的参数时变特性,构建了DFIG的有功、无功励磁电压2个可控量,并将含有交流电压系数矩阵的DFIG有功、无功功率动态方程变换为常系数动态方程,简化了控制系统设计,并根据DFIG的转子位置角,DFIG转子励磁电压与有功、无功励磁电压间的转换。利用简单线性调节器,即可完成对DFIG有功、无功功率的解耦控制与无差跟踪。最后,通过试验验证了所提控制策略的有效性和频率适应性。
    11  不平衡电压下利用降阶谐振控制器的新型VSG控制策略
    党克,田勇
    2020, 47(8):63-67. DOI: 10.12177/emca.2020.075
    [摘要](22) [HTML](0) [PDF 749.57 K](35)
    摘要:
    针对虚拟同步发电机(VSG)在电网电压不平衡条件下逆变器输出电流存在严重畸变和有功、无功功率存在振荡等问题,利用比例积分降阶谐振(PI ROR)控制器对传统不平衡电压下VSG控制策略进行改进。PI ROR控制器不需进行电流、电压正负序分离计算就可实现对负序分量的无差控制,因而可将正序、负序电流放到同一dq轴上进行统一控制,与传统的正负序分别控制相比,不仅降低了电流环控制结构的复杂程度还避免了大量正负分离计算带来的控制延时。通过仿真证明PI ROR控制器与恒有功、恒无功及电流平衡3种控制目标结合,可改善VSG在不平衡电压条件下的稳态、暂态性能。
    12  双有源桥DC-DC变换器升降压功率特性优化控制
    姜汉尧,于志军,张安强,任育杰,鲍宇挺
    2020, 47(8):68-74. DOI: 10.12177/emca.2020.085
    [摘要](55) [HTML](0) [PDF 835.56 K](40)
    摘要:
    双有源桥DC-DC变换器工作在升压、降压状态下时,在传统单移相控制下,电压的不匹配程度会影响变换器的超前桥、滞后桥以及电感上的功率分布情况,进而增加变换器的通态损耗。引入内移相角的双重移相控制可以改变输入、输出侧的电压波形,进而优化流过超前桥、滞后桥的无功功率,在改变变换器的功率特性的同时增加了控制的自由度和灵活性。在此基础上提出了变换器工作在升压、降压状态下,以电感上的无功功率为优化目标的双重移相控制策略,减小了变换器的整体无功功率和通态损耗,从而提高变换器的效率。最后通过试验验证了该双重移相控制方式的有效性和优越性。
    13  一种新型三电平双向DC-DC变换器
    陈昭,韩猛,张玮麟,刘东立
    2020, 47(8):75-81. DOI: 10.12177/emca.2020.043
    [摘要](14) [HTML](0) [PDF 968.14 K](32)
    摘要:
    三电平桥式电路中开关管承受的电应力比普通桥式电路中开关管承受的电应力减小一半,结合三电平电路结构的优点,省去了传统三电平双向DC-DC变换器中的一对飞跨电容,提出了一种新型三电平双向DC-DC变换器。该新型三电平双向DC-DC变换器使电路中开关管电应力减小,谐波成分降低。利用交错移相的控制策略进行控制,使得新型变换器中所有开关管均能实现零电压开关(ZVS)。通过2.4 kW的样机试验验证,提出的新型三电平双向DC-DC变换器性能优良,与传统的双向DC-DC变换器相比,效率有了显著提升。
    14  农村小型水电站励磁系统改造设计
    祁正栋,周小鸿,陈国平
    2020, 47(8):82-86. DOI: 10.12177/emca.2020.051
    [摘要](27) [HTML](0) [PDF 695.75 K](30)
    摘要:
    针对新疆老旧小型水电站发电机普遍采用双绕组电抗分流自励恒压系统,在并网运行时容易产生振荡、失磁,甚至失步而解列现象,导致并网运行困难的问题,设计了一种改造简单、成本低、并网运行可靠、安全性好的新励磁方法,即可控两相零式电抗分流励磁系统。试验表明,该系统比原系统电压整定范围大且经济,能可靠并网运行,在小型水电站自励恒压同步发电机运行中该系统是一种值得推荐的新励磁系统,对设计改造农村小型电站具有应用参考价值。
    15  大中型高效电机后倾式离心风扇的优化设计
    刘庆,王超,田德见
    2020, 47(8):87-92. DOI: 10.12177/emca.2020.088
    [摘要](63) [HTML](0) [PDF 780.33 K](46)
    摘要:
    优化设计高效、高性能的电机外风扇是提高大中型高效电机效率的关键措施之一。通过分析离心风扇风压 风量特性,提出后倾式离心风扇的优化设计方法。对比分析了某项目YXKK710 4高效电机优化前后离心风扇的性能,并对优化前后离心风扇对电机效率、噪声和温升的影响进行了试验研究。结果表明,优化后的风扇更接近工作点,效率、噪声等性能指标更优,验证了所提后倾式离心风扇优化设计方法的合理性和可靠性,可为提高电机效率和性能及研制系列高效电机提供思路和指导。
    16  大线规发卡式漆包膜包线圈成型技术
    肖连新,顾丽,肖孝轩,沈小冒,李儒彬,解晓磊,裴鸣
    2020, 47(8):93-97. DOI: 10.12177/emca.2020.067
    [摘要](38) [HTML](0) [PDF 809.75 K](44)
    摘要:
    发卡电机因槽满率高、散热好、体积小、性价比高等优势而广泛应用于新能源汽车领域,但发卡式线圈通常是小线规。与小线规电机相比,大线规电机功率更大。详细阐述了大线规发卡式漆包膜包线圈的结构及成型难点,以及针对冲压成型和挤压成型2种工艺方法在U形成型和端部成型试验验证过程中出现的问题进行了影响分析,并针对出现的导线破损等质量问题在工艺方法、模具、操作等方面进行了改善,最终得到了较满意的线圈成型效果。
    17  多层叠绕大截面线圈制作及多种线圈交替换向嵌线工艺优化
    郭江平,陆超,丁禄振
    2020, 47(8):98-103. DOI: 10.12177/emca.2020.084
    [摘要](36) [HTML](0) [PDF 889.18 K](47)
    摘要:
    针对高功率密度鼠笼式异步风力发电机(FYS02)采用不同叠绕结构的大截面线圈交替换向嵌线的工艺难点,进行了定子线圈制作和嵌线工艺的系统分析及优化。通过分步绕线、单边线圈鼻部绝缘补强、涨型设备程序调整、线圈绝缘结构优化及嵌线定位优化等工艺的创新,解决了样机制作中的难题,顺利完成产品的批量生产,确保了新型结构风电产品从研发理念到产品产出的顺利过渡,为风电产业的海外发展奠定了技术基础。
    18  一种新型绝对式多磁极磁电编码器
    陈文镥,冯同,孙佳男,孔得琳,邱津集,刘露迪,王磊,刘威,李荣宁,郝双晖
    2020, 47(8):104-110. DOI: 10.12177/emca.2020.079
    [摘要](30) [HTML](0) [PDF 829.54 K](44)
    摘要:
    提出了一种绝对式多磁极磁电编码器的实现方案,采用线性霍尔和开关霍尔组合使用的方式去测量2组极对数互质的多磁极永磁体之间的位置关系和绝对角度。结合现有的磁电编码器成果,确定了磁电编码器的绝对角度计算方案。通过理论分析、作图分析以及与理论推导结合的方式确定了永磁体磁极的数量关系、霍尔元件的布置方式以及具体的磁极识别过程。并利用MATLAB软件模拟磁电编码器的工作过程,证明了绝对角度计算方案的可行性。

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