2022年第49卷第10期文章目次
2022, 49(10):1-9,19.
DOI: 10.12177/emca.2022.111
摘要:
针对表贴式双三相永磁同步电机的开路故障问题，提出了一种基于电流优化的容错控制方案。首先根据基本的Park变换，推导出一种可实现定子电感解耦的坐标变换矩阵。建立了一相开路故障下的数学模型，分析出定子电流中的谐波分量是造成转矩脉动的原因，将开路故障下的容错控制问题转换为d、q轴参考电流的多目标优化问题。其次针对传统的灰狼优化算法初始种群分布不均匀、易陷入局部最优的缺点，提出了一种Kent映射-粒子群-灰狼优化算法，实现故障状态下对电流参数的快速精确寻优，获得最大平均转矩的同时使转矩脉动最小化。最后，仿真结果验证了所提方法的有效性。
针对表贴式双三相永磁同步电机的开路故障问题，提出了一种基于电流优化的容错控制方案。首先根据基本的Park变换，推导出一种可实现定子电感解耦的坐标变换矩阵。建立了一相开路故障下的数学模型，分析出定子电流中的谐波分量是造成转矩脉动的原因，将开路故障下的容错控制问题转换为d、q轴参考电流的多目标优化问题。其次针对传统的灰狼优化算法初始种群分布不均匀、易陷入局部最优的缺点，提出了一种Kent映射-粒子群-灰狼优化算法，实现故障状态下对电流参数的快速精确寻优，获得最大平均转矩的同时使转矩脉动最小化。最后，仿真结果验证了所提方法的有效性。
2022, 49(10):10-19.
DOI: 10.12177/emca.2022.103
摘要:
针对双三相电机谐波问题严重带来的噪声问题，提出了一种混合式脉宽调制技术。该调制技术在传统连续型最大四矢量空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法的基础上进行改进，把4种零矢量进行有效利用和有效矢量时序重新分配，并将此改进型SVPWM方法与周期频率调制方法相结合，提出一种新型混合式脉宽调制技术。与传统连续型最大四矢量调制方式相比，该调制技术在保证双三相电机矢量控制运行性能的前提下，以仅增加一次的开关次数为代价，使开关频率及其整数倍谐波含量分布更加均匀，显著降低了相电流的高频谐波幅值，同时还将z1-z2谐波子平面谐波幅值波动进行了大幅度抑制。所提方法既不会改变基波的特性，也不会在驱动器中使用额外的电路，最后仿真结果验证了所提策略的有效性。
针对双三相电机谐波问题严重带来的噪声问题，提出了一种混合式脉宽调制技术。该调制技术在传统连续型最大四矢量空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法的基础上进行改进，把4种零矢量进行有效利用和有效矢量时序重新分配，并将此改进型SVPWM方法与周期频率调制方法相结合，提出一种新型混合式脉宽调制技术。与传统连续型最大四矢量调制方式相比，该调制技术在保证双三相电机矢量控制运行性能的前提下，以仅增加一次的开关次数为代价，使开关频率及其整数倍谐波含量分布更加均匀，显著降低了相电流的高频谐波幅值，同时还将z1-z2谐波子平面谐波幅值波动进行了大幅度抑制。所提方法既不会改变基波的特性，也不会在驱动器中使用额外的电路，最后仿真结果验证了所提策略的有效性。
2022, 49(10):20-26,59.
DOI: 10.12177/emca.2022.097
摘要:
提出一种在全速域内实现永磁同步电机无位置传感器控制及定子电阻在线辨识的方法。利用高频方波注入法实现电机零、低速无位置传感器运行，在中、高速时则切换至同步轴系滑模观测器。定子电阻与绕组温度、控制性能紧密相关，在静止两相坐标系下注入直流扰动电流并对其进行闭环控制，通过欧姆定律计算定子电阻。所提方法不依赖其他电机参数，对系统运行影响小，且适用范围广。仿真结果表明其精度达±5%，可用于绕组温度监测以及改善无位置传感器控制的性能。
提出一种在全速域内实现永磁同步电机无位置传感器控制及定子电阻在线辨识的方法。利用高频方波注入法实现电机零、低速无位置传感器运行，在中、高速时则切换至同步轴系滑模观测器。定子电阻与绕组温度、控制性能紧密相关，在静止两相坐标系下注入直流扰动电流并对其进行闭环控制，通过欧姆定律计算定子电阻。所提方法不依赖其他电机参数，对系统运行影响小，且适用范围广。仿真结果表明其精度达±5%，可用于绕组温度监测以及改善无位置传感器控制的性能。
2022, 49(10):27-33.
DOI: 10.12177/emca.2022.093
摘要:
为了降低感应电机模型预测转矩控制(MPTC)系统的转矩脉动、进一步减小磁链脉动，提出一种磁链和转矩无差拍控制策略。仿真结果表明：磁链和转矩无差拍控制下，感应电机系统运行良好。与MPTC相比，所提策略的转矩脉动均方根差（RMSE）降低87.84%，磁链脉动RMSE降低97.83%，电流总谐波失真（THD）降低94.21%。与转矩无差拍模型预测控制相比，所提策略的转矩脉动略有增大，但磁链脉动RMSE降低96.77%，电流THD降低90.03%。实时性试验结果表明：磁链和转矩无差拍控制计算简单，实时性好，计算耗时为MPTC的4.79%、转矩无差拍模型预测控制的5.29%。
为了降低感应电机模型预测转矩控制(MPTC)系统的转矩脉动、进一步减小磁链脉动，提出一种磁链和转矩无差拍控制策略。仿真结果表明：磁链和转矩无差拍控制下，感应电机系统运行良好。与MPTC相比，所提策略的转矩脉动均方根差（RMSE）降低87.84%，磁链脉动RMSE降低97.83%，电流总谐波失真（THD）降低94.21%。与转矩无差拍模型预测控制相比，所提策略的转矩脉动略有增大，但磁链脉动RMSE降低96.77%，电流THD降低90.03%。实时性试验结果表明：磁链和转矩无差拍控制计算简单，实时性好，计算耗时为MPTC的4.79%、转矩无差拍模型预测控制的5.29%。
2022, 49(10):34-39.
DOI: 10.12177/emca.2022.100
摘要:
永磁同步电机（PMSM）参数受所处环境等非线性因素的影响而变化，因此需要根据电机参数的不同调节控制系统，以达到更优的控制性能。针对不同电机的参数不同且无法实现快速手动测量的问题，提出一种无位置传感器PMSM的新型分步式参数辨识系统。系统分阶段采用伏安法计算电阻并采用高频电压注入法计算电机的电感和磁链，实现了无位置传感器的控制条件下，内置式PMSM的参数自动辨识。最后通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型，验证了新型分步式参数辨识系统的可靠性并通过试验验证了系统的准确性。
永磁同步电机（PMSM）参数受所处环境等非线性因素的影响而变化，因此需要根据电机参数的不同调节控制系统，以达到更优的控制性能。针对不同电机的参数不同且无法实现快速手动测量的问题，提出一种无位置传感器PMSM的新型分步式参数辨识系统。系统分阶段采用伏安法计算电阻并采用高频电压注入法计算电机的电感和磁链，实现了无位置传感器的控制条件下，内置式PMSM的参数自动辨识。最后通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型，验证了新型分步式参数辨识系统的可靠性并通过试验验证了系统的准确性。
2022, 49(10):40-45.
DOI: 10.12177/emca.2022.109
摘要:
针对锂电池数量多、不一致性较严重的问题，提出一种结合模糊控制理论的DC/DC双向主动均衡电路拓扑。以荷电状态（SOC）为均衡判断依据，采用均值-差值法进行主动均衡，实现了单个单体电池的均衡以及多个单体电池间的交替均衡。仿真结果表明，所提电池主动均衡策略可以有效改善多个电池的不一致性问题，且拥有较快的均衡速度，有效地实现了电池间的SOC主动均衡。
针对锂电池数量多、不一致性较严重的问题，提出一种结合模糊控制理论的DC/DC双向主动均衡电路拓扑。以荷电状态（SOC）为均衡判断依据，采用均值-差值法进行主动均衡，实现了单个单体电池的均衡以及多个单体电池间的交替均衡。仿真结果表明，所提电池主动均衡策略可以有效改善多个电池的不一致性问题，且拥有较快的均衡速度，有效地实现了电池间的SOC主动均衡。
2022, 49(10):46-52.
DOI: 10.12177/emca.2022.083
摘要:
为了解决变压器铁心松动故障的识别与诊断，提出基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)-小波阈值的环境噪声去除方法,并提出使用三维卷积神经网络（3D-CNN）去识别基于声纹的变压器铁心松动故障诊断方法。搭建变压器铁心松动故障试验平台，采集铁心在不同松动程度下的噪声信号；将采集的用于故障识别的声纹信号经过CEEMDAN-小波阈值算法，利用变压器本体噪声和环境噪声在峭度上的差异滤波，得到信噪比较高的变压器声纹信号；再将滤波后的声纹信号经过短时傅里叶变化生成时频矩阵，并用Mel滤波器降维得到Mel-语谱图，制作成适合3D-CNN输入格式的数据集；搭建好网络的各层，利用3D-CNN对变压器铁心松动故障进行分类和识别。试验结果表明：所提方法在考虑环境噪声的条件下，变压器铁心松动故障的识别率达到90%以上，可用于变压器铁心松动故障的识别和诊断。
为了解决变压器铁心松动故障的识别与诊断，提出基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)-小波阈值的环境噪声去除方法,并提出使用三维卷积神经网络（3D-CNN）去识别基于声纹的变压器铁心松动故障诊断方法。搭建变压器铁心松动故障试验平台，采集铁心在不同松动程度下的噪声信号；将采集的用于故障识别的声纹信号经过CEEMDAN-小波阈值算法，利用变压器本体噪声和环境噪声在峭度上的差异滤波，得到信噪比较高的变压器声纹信号；再将滤波后的声纹信号经过短时傅里叶变化生成时频矩阵，并用Mel滤波器降维得到Mel-语谱图，制作成适合3D-CNN输入格式的数据集；搭建好网络的各层，利用3D-CNN对变压器铁心松动故障进行分类和识别。试验结果表明：所提方法在考虑环境噪声的条件下，变压器铁心松动故障的识别率达到90%以上，可用于变压器铁心松动故障的识别和诊断。
2022, 49(10):53-59.
DOI: 10.12177/emca.2022.105
摘要:
为了高效解决异步电动机故障问题，提出了一种基于反向传播(BP)神经网络和小波包能量分析的异步电动机故障诊断系统。采用定子电流信号作为异步电动机的故障信号，运用小波包能量分析对采集的定子电流信号进行分析，提取出相应的故障特征向量。为了提高诊断的准确性，提取信号时域、频域的特征，输入到BP神经网络中进行训练学习。经过足够多的训练后，用测试样本对其精确率进行测试。通过所提方法，可以及时排除及修正异步电动机故障，提高工厂的经济效益。
为了高效解决异步电动机故障问题，提出了一种基于反向传播(BP)神经网络和小波包能量分析的异步电动机故障诊断系统。采用定子电流信号作为异步电动机的故障信号，运用小波包能量分析对采集的定子电流信号进行分析，提取出相应的故障特征向量。为了提高诊断的准确性，提取信号时域、频域的特征，输入到BP神经网络中进行训练学习。经过足够多的训练后，用测试样本对其精确率进行测试。通过所提方法，可以及时排除及修正异步电动机故障，提高工厂的经济效益。
2022, 49(10):60-67.
DOI: 10.12177/emca.2022.067
摘要:
为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力，基于傅里叶级数分析方法，在二维极坐标系下建立了多相内转子表贴式永磁同步电机（SPMSM）绕组缺相不对称运行下的空载、负载磁场解析计算模型，并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM，并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上，为了提高多相电机的容错能力，以最小等值相电流为优化目标，建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略，并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标，对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析，进一步提高电机驱动系统的可靠性。
为了快速、准确计算多相永磁同步电机(PMSM)在一相或多相绕组故障发生时的容错运行能力，基于傅里叶级数分析方法，在二维极坐标系下建立了多相内转子表贴式永磁同步电机（SPMSM）绕组缺相不对称运行下的空载、负载磁场解析计算模型，并对气隙磁密、空载反电动势(EMF)以及电磁输出转矩等性能参数进行准确计算。设计制作一台44极48槽12相船舶用内转子SPMSM，并通过有限元分析和试验测试对磁场解析模型的准确性进行了验证。在此基础上，为了提高多相电机的容错能力，以最小等值相电流为优化目标，建立了多相电机驱动系统一相绕组开路故障容错控制策略，并以电磁输出转矩、转矩脉动等性能参数为考核指标，对12相SPMSM的容错性能进行了深入分析，进一步提高电机驱动系统的可靠性。
2022, 49(10):68-76.
DOI: 10.12177/emca.2022.101
摘要:
首先分析了货运列车在平坡和变坡点处的计算方法，以降低货运列车牵引能耗为目标，时间和限速为约束条件搭建了货运列车节能优化模型。考虑线路中存在临时限速的情形，提出了一种基于不同区间划分的节能策略。此策略依据最快速度曲线下的工况序列对区间进行划分，在区间中插入惰行工况形成节能工况序列，利用改进鲸鱼优化算法求解各区间工况转换点的位置。最后通过在仿真和实际线路上与经典的四阶段节能策略进行对比分析，验证了所提节能策略的有效性。
首先分析了货运列车在平坡和变坡点处的计算方法，以降低货运列车牵引能耗为目标，时间和限速为约束条件搭建了货运列车节能优化模型。考虑线路中存在临时限速的情形，提出了一种基于不同区间划分的节能策略。此策略依据最快速度曲线下的工况序列对区间进行划分，在区间中插入惰行工况形成节能工况序列，利用改进鲸鱼优化算法求解各区间工况转换点的位置。最后通过在仿真和实际线路上与经典的四阶段节能策略进行对比分析，验证了所提节能策略的有效性。
2022, 49(10):77-85.
DOI: 10.12177/emca.2022.104
摘要:
母线电压对直流微电网系统的安全稳定运行至关重要。双向直流变换器调压过程呈现不确定、非线性和强耦合等特性，同时，传感器故障导致系统可控性显著下降。这些复杂因素极大降低了系统动态变化下的母线电压稳定性。针对以上问题，首先借助状态反馈线性化技术构建虚拟操作场景，并设计估计器模拟状态信息对虚拟场景进行系统性重构。其次利用重构状态信息，将自适应控制方法和反步法相结合，得到自适应非线性控制方案，有效保证系统在外界复杂因素和内部故障出现时安全稳定运行。最后，MATLAB/Simulink仿真结果验证了所提方案的有效性。
母线电压对直流微电网系统的安全稳定运行至关重要。双向直流变换器调压过程呈现不确定、非线性和强耦合等特性，同时，传感器故障导致系统可控性显著下降。这些复杂因素极大降低了系统动态变化下的母线电压稳定性。针对以上问题，首先借助状态反馈线性化技术构建虚拟操作场景，并设计估计器模拟状态信息对虚拟场景进行系统性重构。其次利用重构状态信息，将自适应控制方法和反步法相结合，得到自适应非线性控制方案，有效保证系统在外界复杂因素和内部故障出现时安全稳定运行。最后，MATLAB/Simulink仿真结果验证了所提方案的有效性。
2022, 49(10):86-94.
DOI: 10.12177/emca.2022.107
摘要:
电机模态的准确分析是实现电机低噪声驱动设计的重要环节。当电机模态频率与对应阶次径向电磁力波频率接近时，会产生共振。以一台6极36槽的70 kW商务车主驱动永磁同步电机(PMSM)为研究对象，对比分析转子开辅助槽和针对一阶齿谐波的转子分段斜极方法对电磁力波的影响。采用转子开辅助槽和转子分段斜极的优化方法后，0阶12倍频径向电磁力波幅值可减小79%。建立电机三维有限元模态仿真模型，分析电机结构部件对模态的影响，结合常用车载驱动电机的安装固定方式对外壳进行约束，分析不同约束方式下电机的模态特性。结果表明，在峰值功率8 000 r/min的工况下，优化设计方案下的0阶12倍频的径向电磁力波幅值较大，但由于频率为4 800 Hz，远离电机模态的固有频率，因此不会发生共振，降低了电磁噪声。
电机模态的准确分析是实现电机低噪声驱动设计的重要环节。当电机模态频率与对应阶次径向电磁力波频率接近时，会产生共振。以一台6极36槽的70 kW商务车主驱动永磁同步电机(PMSM)为研究对象，对比分析转子开辅助槽和针对一阶齿谐波的转子分段斜极方法对电磁力波的影响。采用转子开辅助槽和转子分段斜极的优化方法后，0阶12倍频径向电磁力波幅值可减小79%。建立电机三维有限元模态仿真模型，分析电机结构部件对模态的影响，结合常用车载驱动电机的安装固定方式对外壳进行约束，分析不同约束方式下电机的模态特性。结果表明，在峰值功率8 000 r/min的工况下，优化设计方案下的0阶12倍频的径向电磁力波幅值较大，但由于频率为4 800 Hz，远离电机模态的固有频率，因此不会发生共振，降低了电磁噪声。
《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
- 电话：021-62574990-574/462（编辑部），021-62574990-416（广告部）
- 电子邮箱：eec@seari.com.cn （编辑部），wangzm@seari.com.cn（广告部）
- 网址：http://www.motor-abc.cn/djykzyy/home
- 邮发代号：4-199
- 国内定价：15元/册
- 影响因子：0.752
