2023年第50卷第6期文章目次
2023, 50(6):1-7.
DOI: 10.12177/emca.2023.059
摘要:
针对高速列车升力翼中双电机协同控制攻角高精度控制的问题，提出了一种基于改进型自抗扰控制器的新型控制策略。该策略改进位置环，并将交叉耦合结构中的位置误差反馈至电流环，实现高精度控制，从而解决高速列车升力翼系统在实际应用中存在的滞后性以及抗干扰能力弱等问题。通过MATLAB/Simulink仿真验证该方法的快速响应能力、抗干扰能力以及电机同步效果。仿真结果表明，在给予不同负载扰动的情况下，该方法能够极大地提升系统的响应速度，且抗干扰能力与同步效果优异，能够帮助高速列车升力翼实现高精度的攻角变换。
针对高速列车升力翼中双电机协同控制攻角高精度控制的问题，提出了一种基于改进型自抗扰控制器的新型控制策略。该策略改进位置环，并将交叉耦合结构中的位置误差反馈至电流环，实现高精度控制，从而解决高速列车升力翼系统在实际应用中存在的滞后性以及抗干扰能力弱等问题。通过MATLAB/Simulink仿真验证该方法的快速响应能力、抗干扰能力以及电机同步效果。仿真结果表明，在给予不同负载扰动的情况下，该方法能够极大地提升系统的响应速度，且抗干扰能力与同步效果优异，能够帮助高速列车升力翼实现高精度的攻角变换。
2023, 50(6):8-14.
DOI: 10.12177/emca.2023.061
摘要:
在异步电机的高性能控制方案中，为了降低开关损耗，采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时，优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此，研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法，提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型，实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角，利用其重构参考磁链与实际磁链的差值，实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案，消除了系统的动态调制误差，实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。
在异步电机的高性能控制方案中，为了降低开关损耗，采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时，优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此，研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法，提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型，实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角，利用其重构参考磁链与实际磁链的差值，实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案，消除了系统的动态调制误差，实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。
2023, 50(6):15-20.
DOI: 10.12177/emca.2023.055
摘要:
针对磁编码器中各类误差导致的解码精度低的问题，在神经网络原理的基础上提出单层自适应神经网络对正余弦信号中存在的幅值不相等、相位不正交、直流偏置、谐波与噪声等误差进行补偿。采用锁相环算法对补偿后的正余弦信号进行解码。电路中采用TLE5501磁阻芯片检测角度变化，利用TL082C运放芯片对信号进行调理，最后采用STM32G431单片机验证算法的性能。通过仿真与试验验证，证明了该算法的有效性与可行性。
针对磁编码器中各类误差导致的解码精度低的问题，在神经网络原理的基础上提出单层自适应神经网络对正余弦信号中存在的幅值不相等、相位不正交、直流偏置、谐波与噪声等误差进行补偿。采用锁相环算法对补偿后的正余弦信号进行解码。电路中采用TLE5501磁阻芯片检测角度变化，利用TL082C运放芯片对信号进行调理，最后采用STM32G431单片机验证算法的性能。通过仿真与试验验证，证明了该算法的有效性与可行性。
2023, 50(6):21-29.
DOI: 10.12177/emca.2023.050
摘要:
传统模型预测转矩控制(MPTC)电压矢量作用于整个采样周期，会造成较大的磁链和转矩脉动。因此，提出模糊占空比调制永磁同步电机MPTC，采用MPTC选择施加的电压矢量，采用模糊控制确定电压矢量占空比。仿真表明模糊占空比调制MPTC系统运行良好。与传统MPTC、磁链和转矩无差拍模型预测控制以及磁链和转矩无差拍控制占空比调制相比，模糊占空比调制MPTC可减小稳态转矩脉动均方根误差（RMSE）、磁链脉动RMSE均值及定子电流总谐波失真（THD）。由于降低了磁链和转矩脉动，MPTC更多地选择零电压矢量，因此虽然采用占空比调制，平均开关频率反而有所减小。
传统模型预测转矩控制(MPTC)电压矢量作用于整个采样周期，会造成较大的磁链和转矩脉动。因此，提出模糊占空比调制永磁同步电机MPTC，采用MPTC选择施加的电压矢量，采用模糊控制确定电压矢量占空比。仿真表明模糊占空比调制MPTC系统运行良好。与传统MPTC、磁链和转矩无差拍模型预测控制以及磁链和转矩无差拍控制占空比调制相比，模糊占空比调制MPTC可减小稳态转矩脉动均方根误差（RMSE）、磁链脉动RMSE均值及定子电流总谐波失真（THD）。由于降低了磁链和转矩脉动，MPTC更多地选择零电压矢量，因此虽然采用占空比调制，平均开关频率反而有所减小。
2023, 50(6):30-36.
DOI: 10.12177/emca.2023.065
摘要:
磁编码器作为一种广泛使用的电机转子位置测量装置，其测量精度对整个控制系统的性能有着重要影响。为了提高转子位置测量精度，采用双二阶广义积分器-锁相环(DSOGI-PLL)解码算法提取磁编码器输出信号的正序分量，抑制磁编码器输出信号中存在的幅值误差和相位误差。针对传统二阶广义积分器(SOGI)无法抑制直流偏置误差的缺陷，提出改进型二阶广义积分器(ISOGI)以消除直流偏置误差，提高磁编码器解码精度。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。
磁编码器作为一种广泛使用的电机转子位置测量装置，其测量精度对整个控制系统的性能有着重要影响。为了提高转子位置测量精度，采用双二阶广义积分器-锁相环(DSOGI-PLL)解码算法提取磁编码器输出信号的正序分量，抑制磁编码器输出信号中存在的幅值误差和相位误差。针对传统二阶广义积分器(SOGI)无法抑制直流偏置误差的缺陷，提出改进型二阶广义积分器(ISOGI)以消除直流偏置误差，提高磁编码器解码精度。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。
2023, 50(6):37-42.
DOI: 10.12177/emca.2023.063
摘要:
轴流泵电机属于一种永磁微特电机，具有体积小、流量高以及稳定性好的运行特性，其在人工心脏上的应用日益广泛。一般的无刷直流电机绕组常采用星形接法，而轴流泵电机通常将绕组设计为无铁心绕组，其绕组一般采用三角形接法。当对轴流泵电机进行无位置传感器控制时，用于星形接法的传统反电动势过零检测方法不再适用。因此,提出一种新的反电动势过零检测方法实现轴流泵电机无位置传感器控制，试验结果证明该方法适用于三角形接法的轴流泵电机。
轴流泵电机属于一种永磁微特电机，具有体积小、流量高以及稳定性好的运行特性，其在人工心脏上的应用日益广泛。一般的无刷直流电机绕组常采用星形接法，而轴流泵电机通常将绕组设计为无铁心绕组，其绕组一般采用三角形接法。当对轴流泵电机进行无位置传感器控制时，用于星形接法的传统反电动势过零检测方法不再适用。因此,提出一种新的反电动势过零检测方法实现轴流泵电机无位置传感器控制，试验结果证明该方法适用于三角形接法的轴流泵电机。
2023, 50(6):43-51.
DOI: 10.12177/emca.2023.057
摘要:
电励磁三相无刷隐极同步发电机可通过改变励磁绕组电流大小改变气隙磁场强度，从而实现宽范围电压调节。转子绕组是三相无刷隐极同步发电机的重要组成部分，其一般采用同心式绕组。并联支路数为1的转子绕组极间、重间连接后，引出线正端与负端在铁心端面固定并直接引出。而并联支路数大于1的转子绕组不仅需要极间、重间连接，还需选择恰当的并联连接方式。不同的连接方式直接影响转子绕组的复杂性与可靠性。以10极5 MW三相无刷隐极同步发电机为例，对并联支路数为2的转子绕组不同连接方式进行比较。结合工艺性与可操作性，选择最优转子绕组连接方式，制作了发电机转子绕组以及样机。结果表明，该连接方式简单可靠，可提高产品工艺性，有效避免转子绕组绝缘故障。
电励磁三相无刷隐极同步发电机可通过改变励磁绕组电流大小改变气隙磁场强度，从而实现宽范围电压调节。转子绕组是三相无刷隐极同步发电机的重要组成部分，其一般采用同心式绕组。并联支路数为1的转子绕组极间、重间连接后，引出线正端与负端在铁心端面固定并直接引出。而并联支路数大于1的转子绕组不仅需要极间、重间连接，还需选择恰当的并联连接方式。不同的连接方式直接影响转子绕组的复杂性与可靠性。以10极5 MW三相无刷隐极同步发电机为例，对并联支路数为2的转子绕组不同连接方式进行比较。结合工艺性与可操作性，选择最优转子绕组连接方式，制作了发电机转子绕组以及样机。结果表明，该连接方式简单可靠，可提高产品工艺性，有效避免转子绕组绝缘故障。
2023, 50(6):52-58.
DOI: 10.12177/emca.2023.053
摘要:
电动汽车驱动用永磁同步电机（PMSM）具有功率密度高、质量轻、体积小、内部机构紧凑等特点。因此，电机内部散热压力较大，若不能及时有效地散热，会产生严重的温升问题，限制电机功率。针对PMSM绕组端部发热严重的问题，采用喷淋冷却的方式，通过将冷却介质离散化，分析了不同喷嘴、不同流量和不同喷淋位置下的冷却效果和流体运动情况。选择合理的喷淋形式与喷淋流量后，将喷淋冷却与水冷电机绕组端部的温度场进行比较。分析结果证明了喷淋冷却的有效性，为后续的电动汽车驱动电机的喷淋冷却研究提供了一定的参考。
电动汽车驱动用永磁同步电机（PMSM）具有功率密度高、质量轻、体积小、内部机构紧凑等特点。因此，电机内部散热压力较大，若不能及时有效地散热，会产生严重的温升问题，限制电机功率。针对PMSM绕组端部发热严重的问题，采用喷淋冷却的方式，通过将冷却介质离散化，分析了不同喷嘴、不同流量和不同喷淋位置下的冷却效果和流体运动情况。选择合理的喷淋形式与喷淋流量后，将喷淋冷却与水冷电机绕组端部的温度场进行比较。分析结果证明了喷淋冷却的有效性，为后续的电动汽车驱动电机的喷淋冷却研究提供了一定的参考。
2023, 50(6):59-65.
DOI: 10.12177/emca.2023.062
摘要:
针对真空干泵驱动用电机在极端真空环境下工作时发热严重的问题，以一台4.5 kW磁通切换永磁同步电机(FSPMSM)为研究对象，分析了其冷却结构，并进行了温度场仿真计算。通过有限元软件建立FSPMSM三维温度场仿真计算模型，设定边界条件和热源激励，得到电机内部各部件的温度分布情况，并分析了水道截面直径、水道圈数对电机温度变化的影响。与一台技术要求相同的永磁同步电机(PMSM)在同等冷却条件下进行温度场对比分析，结果表明本电机设计合理。相比于真空干泵常用的传统PMSM，本电机能更好地减少损耗并降低温升，为开发真空干泵用FSPMSM新产品提供了一定的参考。
针对真空干泵驱动用电机在极端真空环境下工作时发热严重的问题，以一台4.5 kW磁通切换永磁同步电机(FSPMSM)为研究对象，分析了其冷却结构，并进行了温度场仿真计算。通过有限元软件建立FSPMSM三维温度场仿真计算模型，设定边界条件和热源激励，得到电机内部各部件的温度分布情况，并分析了水道截面直径、水道圈数对电机温度变化的影响。与一台技术要求相同的永磁同步电机(PMSM)在同等冷却条件下进行温度场对比分析，结果表明本电机设计合理。相比于真空干泵常用的传统PMSM，本电机能更好地减少损耗并降低温升，为开发真空干泵用FSPMSM新产品提供了一定的参考。
2023, 50(6):66-70.
DOI: 10.12177/emca.2023.054
摘要:
真空干泵驱动电机散热困难，需要严格控制其的温升，进而保证系统的长时间运行。以30 kW驱动电机为研究对象，设计了一台异步电机和一台18/12极双凸极永磁电机。两种电机的外形尺寸和功率等级等条件相同。同时，两种电机的冷却方式均采用机壳通有螺旋水道的水冷，分别对两种电机进行了温度场分析。分析结果表明，在额定运行时双凸极永磁电机具有更低的整体温升，更加适用于真空干泵机组。
真空干泵驱动电机散热困难，需要严格控制其的温升，进而保证系统的长时间运行。以30 kW驱动电机为研究对象，设计了一台异步电机和一台18/12极双凸极永磁电机。两种电机的外形尺寸和功率等级等条件相同。同时，两种电机的冷却方式均采用机壳通有螺旋水道的水冷，分别对两种电机进行了温度场分析。分析结果表明，在额定运行时双凸极永磁电机具有更低的整体温升，更加适用于真空干泵机组。
2023, 50(6):71-77.
DOI: 10.12177/emca.2023.058
摘要:
针对微电网中由可再生能源出力波动和负荷变化引起的频率振荡问题，提出了一种混合H2/H∞鲁棒策略的负荷频率控制器。首先建立了具有功率扰动信号的风光柴微电网负荷频率控制模型。然后基于鲁棒H∞理论设计了鲁棒H2/H∞控制器。在控制器的设计中，使用了樽海鞘群算法(SSA)对有关加权矩阵参数和范数权重进行寻优求解，使控制器的调整性能达到最好。最后仿真结果表明，相比于传统的鲁棒H∞控制和PID控制，提出的H2/H∞鲁棒控制器在微电网的外界功率干扰以及系统的参数扰动工况下均有较好的控制效果。
针对微电网中由可再生能源出力波动和负荷变化引起的频率振荡问题，提出了一种混合H2/H∞鲁棒策略的负荷频率控制器。首先建立了具有功率扰动信号的风光柴微电网负荷频率控制模型。然后基于鲁棒H∞理论设计了鲁棒H2/H∞控制器。在控制器的设计中，使用了樽海鞘群算法(SSA)对有关加权矩阵参数和范数权重进行寻优求解，使控制器的调整性能达到最好。最后仿真结果表明，相比于传统的鲁棒H∞控制和PID控制，提出的H2/H∞鲁棒控制器在微电网的外界功率干扰以及系统的参数扰动工况下均有较好的控制效果。
2023, 50(6):78-87.
DOI: 10.12177/emca.2023.051
摘要:
交直交牵引变电所可以实现电气化铁路的电能质量综合治理，并具备贯通供电的能力。然而，传统交直交牵引变电所方案在既有牵引变电所基础上的改造难度大，适应性差，且故障工况下容错性能差。针对该问题，提出了一种适应性强且容错性好的交直交牵引变电所方案。该方案保留了传统牵引变电所的主电路形式，并在三相-两相牵引变压器的副边绕组分别接入一套整流器，将直流环节并联，形成公共直流母线。逆变器直流输入端接入公共直流母线，输出端接入牵引网，解决了电能质量和电分相问题。相比于现有的交直交牵引变电所方案，所提方案的改造难度小、适应性强、可靠性高。在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型并进行了仿真分析，验证了该方案的可行性和正确性。
交直交牵引变电所可以实现电气化铁路的电能质量综合治理，并具备贯通供电的能力。然而，传统交直交牵引变电所方案在既有牵引变电所基础上的改造难度大，适应性差，且故障工况下容错性能差。针对该问题，提出了一种适应性强且容错性好的交直交牵引变电所方案。该方案保留了传统牵引变电所的主电路形式，并在三相-两相牵引变压器的副边绕组分别接入一套整流器，将直流环节并联，形成公共直流母线。逆变器直流输入端接入公共直流母线，输出端接入牵引网，解决了电能质量和电分相问题。相比于现有的交直交牵引变电所方案，所提方案的改造难度小、适应性强、可靠性高。在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型并进行了仿真分析，验证了该方案的可行性和正确性。
《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
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