2022年第49卷第2期文章目次

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  • 1  基于I/F起动和扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机全速域无传感器控制方法
    赵毅恒,宁博文,卢少武,刘江
    2022, 49(2):1-7,19. DOI: 10.12177/emca.2021.193
    [摘要](265) [HTML](0) [PDF 2.62 M](120)
    摘要:
    针对永磁同步电机(PMSM)全速域范围内无速度传感器运行时,电机低速起动位置估计困难的问题,提出了一种恒电流变频(I/F)和扩展卡尔曼滤波器(EKF)相结合的控制方法。在低速采用恒电流变频比起动,中高速切换为EKF进行位置和速度的估计。为解决切换过程不稳定的问题,利用电机转矩-功角自平衡特性,在切换过程中以两种控制方法给定的角度差作为反馈输入信号来减小切换前给定电流,在角度差接近零时切换电流和位置给定,使切换前后给定电流和给定位置基本保持不变。最后通过仿真验证该方法的可行性。
    2  基于变指数趋近律的永磁同步电机滑模控制
    陈德海,曹永康,阳攀
    2022, 49(2):8-13. DOI: 10.12177/emca.2021.186
    [摘要](200) [HTML](0) [PDF 2.35 M](115)
    摘要:
    为进一步抑制永磁同步电机(PMSM)调速系统控制所产生的不稳定性问题,在传统指数趋近律基础上,设计了一种新型的趋近律。在传统指数趋近律的等速项中新加一个以滑模面s为变量的函数,同时对传统符号函数进行改进优化,进行曲线的平滑处理,以及进行改进趋近律的存在性、可达性证明。以改进后的趋近律构建滑模速度控制器,搭建系统的Simulink仿真模型,与PI控制方法、传统指数趋近律方法进行仿真效果对比。仿真结果显示,改进后的趋近律达到了减小抖振和提高抗扰性能的目的,各方面提升效果更加显著。
    3  感应电机模型预测转矩控制优化控制研究
    李耀华,陈桂鑫,王孝宇,刘子焜,刘东梅,任超
    2022, 49(2):14-19. DOI: 10.12177/emca.2021.142
    [摘要](161) [HTML](0) [PDF 2.47 M](121)
    摘要:
    建立了感应电机模型预测转矩控制(MPTC)系统、模型预测转矩无差拍控制系统(MPTC-DB)和转矩无差拍模型预测控制(DB-MPTC)系统仿真模型,并对三种控制策略进行仿真对比。仿真结果表明:与MPTC相比,MPTC-DB可减小转矩脉动均方根误差(RMSE)26.92%;与MPTC-DB相比,DB-MPTC可减小转矩脉动(RMSE)66.93%,减小磁链脉动(RMSE)43.37%,控制性能最优。
    4  基于人工神经网络的永磁电机无传感器控制与实现
    杨晨,黄平林,袁磊
    2022, 49(2):20-24. DOI: 10.12177/emca.2021.190
    [摘要](146) [HTML](0) [PDF 2.36 M](89)
    摘要:
    无传感器控制可以降低永磁电机的成本,并且提高系统的可靠性。永磁电机的电感等参数受运行工况影响会发生变化,因而准确识别电机参数对提高电机的控制精度具有积极意义。基于永磁电机的电感模型,采用人工神经网络对电机电感进行参数辨识,再通过滑模观测器对转子角度进行观测,实现永磁电机无位置传感器的矢量控制。利用TI公司的TMS320F28379d DSP作为控制芯片,搭建了电机控制电路,对所提控制策略进行了验证。结果表明,该控制策略能实时准确地辨识电机参数,提高控制精度,改善控制性能。
    5  单相感应电机无速度传感器矢量控制系统
    马少才
    2022, 49(2):25-30. DOI: 10.12177/emca.2021.172
    [摘要](145) [HTML](0) [PDF 2.05 M](104)
    摘要:
    通过分析不对称单相感应电机(SPIM)在不同形态下的数学模型,解决了椭圆形磁场和电机不对称运行的问题。通过电压和电流混合模型磁链观测器计算转子磁链,并进一步计算转子磁链位置和转子转速。在三桥臂逆变器基础上,进行了基于转子磁场定向的不对称SPIM无速度传感器矢量控制仿真,验证了该控制系统的可行性与有效性。
    6  低转矩脉动低速大转矩电主轴感应电机的设计与分析
    李仕豪,狄冲,鲍晓华,孙跃
    2022, 49(2):31-40. DOI: 10.12177/emca.2021.191
    [摘要](183) [HTML](0) [PDF 3.58 M](81)
    摘要:
    针对低速大转矩电主轴电机转矩脉动偏高的工程实际问题,对电机不同槽配合的性能进行分析综合对比,精确选择出各方面性能较优的电机方案。针对感应电机有限元仿真瞬态场收敛速度慢、在多方案对比时求解周期长的问题,提出时谐场和瞬态场联合仿真的思路,实现电机的快速优化设计。对一台12极7.5 kW的电主轴感应电机在每极每相槽数为3、2.5、2三种不同槽配合的组合下进行二维电磁有限元分析计算,对比其在额定工况下的铁耗、绕组铜耗、转子铝耗、效率、功率因数和转矩脉动等电磁性能。结果表明了转子导条数目的增加,能够使电机电磁性能保持较高水平,特别是能够维持较低的转矩脉动水平。最后对定子槽数90和转子槽数106的槽配合方案进行了样机制作,试验验证了样机的性能,并验证了时谐场和瞬态场联合仿真的准确性。
    7  计及温度变化的潜油直线电机结构优化
    付豪,吴尧辉
    2022, 49(2):41-46. DOI: 10.12177/emca.2021.179
    [摘要](125) [HTML](0) [PDF 2.26 M](94)
    摘要:
    潜油直线电机的工作环境温度随地层深度的变化而变化,电机次级端部和中部的温差大。为了减小温度变化对电机推力的影响,同时提高电机推力、降低推力波动,对电机的结构参数进行优化,以不同温度下的推力差值衡量温度变化对电机推力的影响。利用有限元分析软件Magnet建立电机的电磁模型,分析各个参数对不同温度下电机推力、推力波动和推力差值的影响,确定优化参数的数值范围。然后,采用响应曲面法分别构建100 ℃和220 ℃时推力和推力波动的数学模型,以100 ℃和220 ℃时推力函数之差的绝对值为这两个温度下推力差值的数学模型,通过多目标遗传算法得到电机最优的参数组合。最后对优化后的电机进行有限元仿真分析,验证了优化方案的有效性。
    8  深海推进用永磁无刷电机温度场分析
    汪宗彪,龚纯,姜淑忠,张春文
    2022, 49(2):47-53. DOI: 10.12177/emca.2021.176
    [摘要](125) [HTML](0) [PDF 2.85 M](73)
    摘要:
    深海推进用永磁无刷电机在低温、高压的海水中运行,并且电机内部充油,其热源和散热条件与普通工业电机不同。准确计算推进电机的温升对其高功率密度与轻量化设计具有指导意义。以“思源号”全海深自治遥控潜水器(ARV)主推进电机为例,基于计算流体力学和传热学理论搭建了包含导管螺旋桨、推进电机及内外流域的三维稳态流场-温度场仿真模型,研究了电机充油及驱动螺旋桨旋转对其温升的影响,并分析了电机主要部件的温度分布。最后,通过温升试验验证了仿真分析的有效性和准确性。
    9  不同定子模块化结构对分数槽永磁电机性能的影响
    王艾萌,李姗姗,李大双
    2022, 49(2):54-59,66. DOI: 10.12177/emca.2021.170
    [摘要](196) [HTML](0) [PDF 3.87 M](135)
    摘要:
    在分数槽集中绕组(FSCW)永磁电机的基础上进行了定子模块化改造,设计了四种不同的定子模块化结构,包括非隔磁类(T型、齿轭分离型)、隔磁类(E型、C型),以及缠绕齿和非缠绕齿不同时带齿尖的两种新型齿尖结构。建立相应的有限元电机模型,研究探讨了定子模块化类型与齿尖结构对FSCW永磁电机性能的影响。仿真结果表明模块化结构永磁电机选取合适的定子间隙可降低齿槽转矩。12槽10极电机采用的缠绕齿带齿尖结构可提高电机性能。
    10  驱动棒电源整流器同步采样回路有源带通滤波器设计
    赵春丽,王英华,梁安江,王帅,史振翔
    2022, 49(2):60-66. DOI: 10.12177/emca.2021.187
    [摘要](126) [HTML](0) [PDF 3.01 M](74)
    摘要:
    在某核电站棒控电源系统产品设备系统联调试验中,整流器带纯电阻性负载,当负载电流增加到额定电流的20%左右时,整流器报“同步故障”并停止输出。出于实际工程项目的时效、成本等多方面考虑,在不改变输入侧容量的基础上,为整流器的同步采样回路设计一个以50 Hz为中心频率的四级二阶带通滤波器。经过理论推导、软件仿真、硬件设计及现场模拟试验,较为有效地实现了在输入侧容量较小的情况下采样回路仍然正常工作的目的。
    11  电机行业工业互联网标识解析体系研究
    王鸿鹄,李光耀
    2022, 49(2):67-71,76. DOI: 10.12177/emca.2021.189
    [摘要](142) [HTML](0) [PDF 2.65 M](92)
    摘要:
    通过建设电机制造行业标识解析二级节点应用服务平台,实现了对电机产品的全球统一编码,每台电机能够得到唯一的产品标识,用于电机产品的识别和流通。在电机产品标识应用方面,通过标识解析技术与工业数据分析相结合,开发电机行业基于标识解析的创新应用场景,包含产品追溯、协同设计、供应链管理和远程运维,打造电机行业互联网生态,促进电机行业数字经济发展。
    12  基于层次分析法的电机系统能效评估方法研究与应用
    秦宏波
    2022, 49(2):72-76. DOI: 10.12177/emca.2021.183
    [摘要](131) [HTML](0) [PDF 1.82 M](148)
    摘要:
    电动机广泛应用于工业、农业、交通等社会生产生活各领域,高效电机的推广应用将极大提升全社会的电能利用效率。分析了基于层次分析法原理建立的电机系统能效评估指标体系,并甄选20家典型工业企业进行电机系统能效评估。评价结果显示目前企业电机系统的能效水平仍有很大的提升空间。基于此提出了高效电机推广措施,助力全国高效电机推广应用工作。
    13  基于耦合电感型双层Cuk斩波电路的电池均衡系统
    司少康,胡治国,张磊冲
    2022, 49(2):77-82. DOI: 10.12177/emca.2021.169
    [摘要](107) [HTML](0) [PDF 2.93 M](74)
    摘要:
    电池在串联成组使用时,由于制造工艺、工作环境不同等因素,电池之间荷电状态(SOC)和电压存在不一致的问题。为解决该问题提出了一种基于耦合电感型双层Cuk斩波电路电池均衡系统,用耦合电感代替非耦合电感,比传统Cuk斩波电路减少了元器件数量,降低了损耗,提高了均衡效率。同时,该均衡系统使用N沟道MOSFET,由同步触发脉冲PWM中一对互补信号控制。通过电路理论分析,设计了完整的均衡电路,最后在MATLAB/Simulink中进行仿真,结果验证了该均衡系统的高效性。
    14  基于CNN和LSTM混合网络的电动汽车充电桩运行状态预测方法
    吴丹,甄昊涵,雷珽,陈津,钱勇生,李樵,郑陆海
    2022, 49(2):83-89. DOI: 10.12177/emca.2021.188
    [摘要](119) [HTML](0) [PDF 2.31 M](63)
    摘要:
    随着电动汽车的大规模发展,公共充电桩运行数量和充电量逐年增长。然而,充电桩运行始终存在故障频发、运维难度大和维修成本高等问题,并且传统故障检测方法效率低下。因此提出了一种基于卷积神经网络(CNN)和长短期记忆(LSTM)网络的混合网络电动汽车充电桩运行状态预测方法,可以实现对电动汽车充电桩运行状况的综合评估。在特征数据输入阶段,对充电桩运行状态的关键指标进行分析,通过CNN提取运行状态影响因素的特征量,再利用LSTM判断和预测充电桩运行状态,从而实现对充电桩潜在故障的预警。试验结果表明,该方法预测准确率高、实用性强,能较准确地反映和预测充电桩的运作状态,可实际用于充电桩故障预测与运维检修。
    15  基于EL模型的TNPC型APF自抗扰无源控制策略
    陈美锋,王久和,杨道宽,李万军
    2022, 49(2):90-96. DOI: 10.12177/emca.2021.184
    [摘要](105) [HTML](0) [PDF 2.64 M](77)
    摘要:
    提出一种基于三电平T型中性点箝位(TNPC)型有源电力滤波器(APF)自抗扰无源控制策略,有效解决了传统TNPC型APF控制策略存在控制性能不佳的问题。建立了TNPC型APF的欧拉-拉格朗日(EL)模型,基于系统的无源性,采用注入阻尼的方法,设计了电流内环的无源控制器,从理论上保证了系统的稳定性。在电压外环使用了自抗扰控制(ADRC)技术,有效提高直流侧电压控制能力,缓解了超调的问题,使系统具有良好的动静态性能,并维持了直流侧电压的稳定。仿真和试验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。
    16  基于81电平铁路功率调节器的不平衡补偿策略
    卜健怡,张长征
    2022, 49(2):97-103. DOI: 10.12177/emca.2021.171
    [摘要](128) [HTML](0) [PDF 2.99 M](76)
    摘要:
    为进一步降低铁路功率调节器在大功率补偿过程的开关频率,采用开关频率较低的混合级联81电平变换器作为电压源、开关频率较高的单相全桥变换器作为电流源,将两个电压源背靠背连接,提出一种81电平铁路功率调节器。由于系统中承担85%的补偿功率的开关器件的开关频率在250 Hz及以下,开关频率高的电流源仅承担1%的功率,因此系统开关损耗小且对补偿电流参考信号的跟踪性能好。研究了系统的基本结构及其等效电路,通过构建等效对称三相电压源建立等效三相电路,采用有功功率平均分配法,使得补偿后的系统等效为Y-Y型对称三相电路,从而实现不平衡电流补偿,并提出一种新的补偿电流检测方法。仿真结果证明所提系统及其补偿方法的有效性和可行性。
    17  一种航空发电机旋转整流器故障在线诊断技术
    刘繁,崔江,林华
    2022, 49(2):104-108. DOI: 10.12177/emca.2021.175
    [摘要](103) [HTML](0) [PDF 2.47 M](102)
    摘要:
    利用快速傅里叶变换(FFT)研究了一种角度轨迹监测技术,并将其用于航空发电机旋转整流器故障特征提取及在线诊断应用中。首先,连续采集发电机交流励磁机励磁电流信号,每相邻两次数据采集间隔同样的时间。其次,对每次采集的数据均进行FFT处理以获取故障特征信息,该过程在每两次数据采集的间隔内完成。每次处理得到的故障特征信息会形成连续的变化轨迹,通过对该轨迹的研究可以在线监测并诊断旋转整流器的故障模式。最后,通过试验对所提方法进行了验证。

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