2025年第52卷第6期文章目次
2025, 52(6):585-595.
DOI: 10.12177/emca.2025.043
摘要:
【目的】为了实现对隔离开关机械故障的高精度识别,提出了一种融合注意力机制的并行混合网络,结合时序与图像特征进行智能诊断的方法。【方法】为充分利用双通道数据的特征信息,时序通道采用双向长短时记忆网络提取振动信号的时域特征,捕捉信号的时间动态变化,充分反映机械故障的时变特征;图像通道通过格拉姆角场将振动信号转换为二维图像,利用极坐标映射保留信号的时间动态特性,然后利用卷积神经网络提取关键图像特征。此外,两通道分别引入自注意力机制和通道注意力机制,能够自适应地调整每个通道的权重,从而突出关键信息,并有效减少特征冗余。【结果】针对GW4-126型隔离开关进行故障模拟试验,采集4种状态下的隔离开关振动信号,将本文所提故障诊断方法与其他5种深度学习模型相比。试验结果表明,本文所提方法的故障识别准确率超过97%,能够精确识别隔离开关的机构卡涩、松动及三相不同期等典型机械故障。【结论】本文提出的并行混合模型通过融合两种不同特征信息,克服了单一通道方法的局限性;通过引入注意力机制,模型能够更好地动态调整权值,突出关键特征,提高故障识别的精度和准确性。该方法为隔离开关的状态识别提供了可靠的理论依据和技术参考,对于未来的故障诊断和设备维护具有重要的应用价值,并为智能电网技术的发展提供了新的思路。
【目的】为了实现对隔离开关机械故障的高精度识别,提出了一种融合注意力机制的并行混合网络,结合时序与图像特征进行智能诊断的方法。【方法】为充分利用双通道数据的特征信息,时序通道采用双向长短时记忆网络提取振动信号的时域特征,捕捉信号的时间动态变化,充分反映机械故障的时变特征;图像通道通过格拉姆角场将振动信号转换为二维图像,利用极坐标映射保留信号的时间动态特性,然后利用卷积神经网络提取关键图像特征。此外,两通道分别引入自注意力机制和通道注意力机制,能够自适应地调整每个通道的权重,从而突出关键信息,并有效减少特征冗余。【结果】针对GW4-126型隔离开关进行故障模拟试验,采集4种状态下的隔离开关振动信号,将本文所提故障诊断方法与其他5种深度学习模型相比。试验结果表明,本文所提方法的故障识别准确率超过97%,能够精确识别隔离开关的机构卡涩、松动及三相不同期等典型机械故障。【结论】本文提出的并行混合模型通过融合两种不同特征信息,克服了单一通道方法的局限性;通过引入注意力机制,模型能够更好地动态调整权值,突出关键特征,提高故障识别的精度和准确性。该方法为隔离开关的状态识别提供了可靠的理论依据和技术参考,对于未来的故障诊断和设备维护具有重要的应用价值,并为智能电网技术的发展提供了新的思路。
2025, 52(6):596-607.
DOI: 10.12177/emca.2025.045
摘要:
【目的】针对永磁同步电机的有限状态集模型预测电流控制(FCS-MPCC)参数失配导致的控制性能下降的问题,采用模型参考自适应系统(MRAS)对电机参数进行辨识,以提高FCS-MPCC的参数鲁棒性。【方法】首先,对FCS-MPCC进行参数失配鲁棒性分析;然后,为解决传统MRAS方法辨识3个参数的欠秩问题,仅对影响较大的电感与磁链2个参数进行辨识,使FCS-MPCC具有更强的参数鲁棒性;最后,分析MRAS模型电阻参数失配对辨识结果与电机控制性能的影响。【结果】为了验证所提方法的有效性,基于Matlab/Simulink平台进行了仿真分析。模型电阻参数设置正确下MRAS可以准确辨识出电感与磁链的实际值,辨识精度高。虽然FCS-MPCC与MRAS仍需设置电阻参数,且电阻参数失配对MRAS辨识磁链参数结果影响较大,但由于FCS-MPCC对参数变化具有一定的鲁棒性,这种影响体现在FCS-MPCC上较小。【结论】FCS-MPCC采用成本函数寻最小的非定量控制环节来确定最优电压矢量,减弱参数失配的影响,具有一定的参数鲁棒性。电阻参数失配影响较小,无需精确辨识,仅需估计电感和磁链,从而避免欠秩问题。电阻参数会影响MRAS对电感和磁链的辨识效果,但对FCS-MPCC影响较小。
【目的】针对永磁同步电机的有限状态集模型预测电流控制(FCS-MPCC)参数失配导致的控制性能下降的问题,采用模型参考自适应系统(MRAS)对电机参数进行辨识,以提高FCS-MPCC的参数鲁棒性。【方法】首先,对FCS-MPCC进行参数失配鲁棒性分析;然后,为解决传统MRAS方法辨识3个参数的欠秩问题,仅对影响较大的电感与磁链2个参数进行辨识,使FCS-MPCC具有更强的参数鲁棒性;最后,分析MRAS模型电阻参数失配对辨识结果与电机控制性能的影响。【结果】为了验证所提方法的有效性,基于Matlab/Simulink平台进行了仿真分析。模型电阻参数设置正确下MRAS可以准确辨识出电感与磁链的实际值,辨识精度高。虽然FCS-MPCC与MRAS仍需设置电阻参数,且电阻参数失配对MRAS辨识磁链参数结果影响较大,但由于FCS-MPCC对参数变化具有一定的鲁棒性,这种影响体现在FCS-MPCC上较小。【结论】FCS-MPCC采用成本函数寻最小的非定量控制环节来确定最优电压矢量,减弱参数失配的影响,具有一定的参数鲁棒性。电阻参数失配影响较小,无需精确辨识,仅需估计电感和磁链,从而避免欠秩问题。电阻参数会影响MRAS对电感和磁链的辨识效果,但对FCS-MPCC影响较小。
2025, 52(6):608-622.
DOI: 10.12177/emca.2025.046
摘要:
【目的】电压源逆变器的非线性特性引起输出电流畸变,进而导致电机输出转矩脉动,影响永磁同步电机驱动系统的控制精度和稳定性。为解决该问题,本文提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的在线补偿策略。【方法】首先定量分析逆变器死区时间、开关管压降等非线性因素;继而基于同步旋转坐标系电流方程构建NDO,设计饱和增益函数,并通过前馈补偿通道修正dq轴参考电压。然而,NDO对参数敏感性较高。因此,本文采用级联模型参考自适应参数辨识(CMRAPI)方案,先将级联模块参数辨识任务分解为定子电阻和永磁体磁链以及定子电感两组相互独立的辨识任务,每组任务通过模型参考自适应结构实现参数辨识,之后通过级联模块实现辨识结果的传递。该方案可同步辨识定子电阻、永磁体磁链和定子电感等3个电机参数,从而为NDO提供参数支持,减小因参数偏差引起的补偿误差。【结果】NDO能够实现高精度误差观测。此外,CMRAPI方案能够实现电阻、磁链和电感的准确辨识。【结论】仿真结果表明,电机长时间运行时NDO能够精确补偿由逆变器非线性特性引起的扰动电压,从而有效抑制输出电流畸变和转矩脉动。
【目的】电压源逆变器的非线性特性引起输出电流畸变,进而导致电机输出转矩脉动,影响永磁同步电机驱动系统的控制精度和稳定性。为解决该问题,本文提出一种基于非线性干扰观测器(NDO)的在线补偿策略。【方法】首先定量分析逆变器死区时间、开关管压降等非线性因素;继而基于同步旋转坐标系电流方程构建NDO,设计饱和增益函数,并通过前馈补偿通道修正dq轴参考电压。然而,NDO对参数敏感性较高。因此,本文采用级联模型参考自适应参数辨识(CMRAPI)方案,先将级联模块参数辨识任务分解为定子电阻和永磁体磁链以及定子电感两组相互独立的辨识任务,每组任务通过模型参考自适应结构实现参数辨识,之后通过级联模块实现辨识结果的传递。该方案可同步辨识定子电阻、永磁体磁链和定子电感等3个电机参数,从而为NDO提供参数支持,减小因参数偏差引起的补偿误差。【结果】NDO能够实现高精度误差观测。此外,CMRAPI方案能够实现电阻、磁链和电感的准确辨识。【结论】仿真结果表明,电机长时间运行时NDO能够精确补偿由逆变器非线性特性引起的扰动电压,从而有效抑制输出电流畸变和转矩脉动。
2025, 52(6):623-633.
DOI: 10.12177/emca.2025.049
摘要:
【目的】受限于风电机组主轴的结构和尺寸,主轴弯矩测量效果很难与塔筒弯矩测量效果相匹敌。在主轴弯矩载荷标定期间,需要精确评估出风轮自重在主轴应变片安装截面处产生的力矩,才能更准确地测得主轴倾覆弯矩和主轴偏航弯矩。【方法】运用解析几何原理,提出了一种基于优选并进一步改进的三维坐标系的风轮自重主轴弯矩解析方法。先后分析了轮毂自重、叶片自重在主轴弯矩测量截面处产生的力矩。为了解决风电机组主轴倾角的存在影响优选的三维坐标系的问题,提出了一种新颖方法,在改进的三维坐标系中某个特定垂直平面内,将叶片重力矢量的方向旋转与主轴倾角大小相同的角度,显著降低了叶片自重作用的分析难度。分别评估叶片自重在改进的三维坐标系中的各个分量在主轴承截面中心处产生的力矩分量,通过对相同坐标轴线方向的力矩分量进行合成,再应用力矩平衡原理,得到风轮自重在主轴应变片安装截面产生的力矩,进一步获得可以把风轮空转标定期间在空间自由旋转的3支叶片等效成位于坐标系原点处的、以3支叶片自重力矩之和为重力矩的单个质点的简练结论。【结果】在某型风电机组的机械载荷测试项目中,分别应用传统方法和上述标定分析方法,得到的主轴载荷测试结果具有很好的一致性和代表性,并且使用本文研究的标定分析法得到的主轴弯矩测量结果更符合风电机组设计参数。【结论】理论分析和试验结果验证了本文提出的风轮自重弯矩解析方法对主轴载荷标定的有效性和可行性。
【目的】受限于风电机组主轴的结构和尺寸,主轴弯矩测量效果很难与塔筒弯矩测量效果相匹敌。在主轴弯矩载荷标定期间,需要精确评估出风轮自重在主轴应变片安装截面处产生的力矩,才能更准确地测得主轴倾覆弯矩和主轴偏航弯矩。【方法】运用解析几何原理,提出了一种基于优选并进一步改进的三维坐标系的风轮自重主轴弯矩解析方法。先后分析了轮毂自重、叶片自重在主轴弯矩测量截面处产生的力矩。为了解决风电机组主轴倾角的存在影响优选的三维坐标系的问题,提出了一种新颖方法,在改进的三维坐标系中某个特定垂直平面内,将叶片重力矢量的方向旋转与主轴倾角大小相同的角度,显著降低了叶片自重作用的分析难度。分别评估叶片自重在改进的三维坐标系中的各个分量在主轴承截面中心处产生的力矩分量,通过对相同坐标轴线方向的力矩分量进行合成,再应用力矩平衡原理,得到风轮自重在主轴应变片安装截面产生的力矩,进一步获得可以把风轮空转标定期间在空间自由旋转的3支叶片等效成位于坐标系原点处的、以3支叶片自重力矩之和为重力矩的单个质点的简练结论。【结果】在某型风电机组的机械载荷测试项目中,分别应用传统方法和上述标定分析方法,得到的主轴载荷测试结果具有很好的一致性和代表性,并且使用本文研究的标定分析法得到的主轴弯矩测量结果更符合风电机组设计参数。【结论】理论分析和试验结果验证了本文提出的风轮自重弯矩解析方法对主轴载荷标定的有效性和可行性。
2025, 52(6):634-645.
DOI: 10.12177/emca.2025.050
摘要:
【目的】永磁同步电机(PMSM)驱动系统输出端常接LC滤波器用于消除高频电压脉冲。然而加入LC输出滤波器后易引起固有谐振,导致控制系统不稳定。为了解决带LC输出滤波器PMSM的谐振抑制问题,本文提出了一种基于电容电流有源阻尼的谐振抑制策略。【方法】首先建立了带LC输出滤波器的PMSM控制系统数学模型,通过分析控制系统传递函数和伯德图定位了谐振产生的原因。然后设计了一种基于电容电流有源阻尼的控制方法,并从频域的角度分析并确认了该方法的有效性,并针对所提控制方法开展了电流环控制器参数设计。为验证所提方法的有效性,将其和传统的矢量控制方法及无源阻尼控制方法进行了对比。【结果】本文所提控制策略,相比传统矢量控制方法超调小、响应快,稳定性更优;相比无源阻尼方法,在不增加硬件的情况下解决了控制电路谐振问题,在负载突变时表现出优秀的抗干扰能力。【结论】研究表明,针对带LC输出滤波器的PMSM控制系统,本文提出的电容电流有源阻尼策略可实现对电机转速的平稳控制并解决了该控制系统谐振问题。
【目的】永磁同步电机(PMSM)驱动系统输出端常接LC滤波器用于消除高频电压脉冲。然而加入LC输出滤波器后易引起固有谐振,导致控制系统不稳定。为了解决带LC输出滤波器PMSM的谐振抑制问题,本文提出了一种基于电容电流有源阻尼的谐振抑制策略。【方法】首先建立了带LC输出滤波器的PMSM控制系统数学模型,通过分析控制系统传递函数和伯德图定位了谐振产生的原因。然后设计了一种基于电容电流有源阻尼的控制方法,并从频域的角度分析并确认了该方法的有效性,并针对所提控制方法开展了电流环控制器参数设计。为验证所提方法的有效性,将其和传统的矢量控制方法及无源阻尼控制方法进行了对比。【结果】本文所提控制策略,相比传统矢量控制方法超调小、响应快,稳定性更优;相比无源阻尼方法,在不增加硬件的情况下解决了控制电路谐振问题,在负载突变时表现出优秀的抗干扰能力。【结论】研究表明,针对带LC输出滤波器的PMSM控制系统,本文提出的电容电流有源阻尼策略可实现对电机转速的平稳控制并解决了该控制系统谐振问题。
2025, 52(6):646-657.
DOI: 10.12177/emca.2025.042
摘要:
【目的】LCL型逆变器现有电容电压全反馈方案存在对高次谐波抑制能力不足等问题。为解决高频段全反馈策略实际谐波抑制效果与系统稳定性之间的矛盾,本文提出一种自适应电容电压全反馈方法。【方法】首先,分析了数字延时环节对全反馈策略实际谐波抑制效果的影响,提出利用一阶惯性环节来模拟数字延时环节的相频特性,补偿全反馈函数因忽略控制延时而造成的相位偏差。其次,提出虚拟阻抗矫正方法,在二阶反馈环节中引入阻抗系数,矫正等效虚拟电阻,以保证并网系统的稳定性,并推导了引起系统失稳的阻抗系数下限值。接着,分析了阻抗系数取值对电容电压全反馈策略实际谐波抑制效果的影响,引入阻抗系数自适应调整方法,详细阐述了各模块功能,给出了具体的参数取值方法,使阻抗系数能够根据系统谐波含量动态调整。最后,搭建了一台10 kVA并网逆变器样机以验证本文所提自适应电容电压全反馈策略的有效性。【结果】试验结果表明,本文所提自适应电容电压全反馈方法能根据并网电流谐波含量自适应调整阻抗系数的大小,保证系统稳定性的同时,对高次谐波有较强的抑制效果。【结论】所提方法有效地解决了系统稳定裕度与高次谐波抑制效果间的矛盾,显著提升了电容电压全反馈策略对并网电流高次谐波的抑制能力,在当下电网阻抗变化范围大、谐波分布随机性强的弱电网环境中有较强的适用性。
【目的】LCL型逆变器现有电容电压全反馈方案存在对高次谐波抑制能力不足等问题。为解决高频段全反馈策略实际谐波抑制效果与系统稳定性之间的矛盾,本文提出一种自适应电容电压全反馈方法。【方法】首先,分析了数字延时环节对全反馈策略实际谐波抑制效果的影响,提出利用一阶惯性环节来模拟数字延时环节的相频特性,补偿全反馈函数因忽略控制延时而造成的相位偏差。其次,提出虚拟阻抗矫正方法,在二阶反馈环节中引入阻抗系数,矫正等效虚拟电阻,以保证并网系统的稳定性,并推导了引起系统失稳的阻抗系数下限值。接着,分析了阻抗系数取值对电容电压全反馈策略实际谐波抑制效果的影响,引入阻抗系数自适应调整方法,详细阐述了各模块功能,给出了具体的参数取值方法,使阻抗系数能够根据系统谐波含量动态调整。最后,搭建了一台10 kVA并网逆变器样机以验证本文所提自适应电容电压全反馈策略的有效性。【结果】试验结果表明,本文所提自适应电容电压全反馈方法能根据并网电流谐波含量自适应调整阻抗系数的大小,保证系统稳定性的同时,对高次谐波有较强的抑制效果。【结论】所提方法有效地解决了系统稳定裕度与高次谐波抑制效果间的矛盾,显著提升了电容电压全反馈策略对并网电流高次谐波的抑制能力,在当下电网阻抗变化范围大、谐波分布随机性强的弱电网环境中有较强的适用性。
2025, 52(6):658-668.
DOI: 10.12177/emca.2025.038
摘要:
【目的】气隙磁场精确解析是精密永磁直线同步电机(PMLSM)研究的热点。【方法】本文以梯形Halbach永磁阵列无铁心直线同步电机次级的二维气隙磁场为研究对象,基于等效面电流法,提出了以梯形边长为单元的改进等效解析算法;建立了二维气隙磁感应矢量的等效解析模型。【结果】计算出梯形Halbach阵列无铁心PMLSM的气隙磁场。研究结果表明:α和αw对气隙中心磁场的Bpeak和THDB影响较大;在α和αw的协同作用下,聚磁效应使Bpeak的极大值区域为α>90° & αw<0.5;等边效应使THDB的极小值区域呈直线型变化。【结论】本文建立的改进等效面电流解析模型计算结果和有限元验证结果一致性较好,计算方便,结果精度高。本研究为非矩形截面永磁体气隙磁场解析提供了新方法,同时也为PMLSM磁极模型优化提供了参考。
【目的】气隙磁场精确解析是精密永磁直线同步电机(PMLSM)研究的热点。【方法】本文以梯形Halbach永磁阵列无铁心直线同步电机次级的二维气隙磁场为研究对象,基于等效面电流法,提出了以梯形边长为单元的改进等效解析算法;建立了二维气隙磁感应矢量的等效解析模型。【结果】计算出梯形Halbach阵列无铁心PMLSM的气隙磁场。研究结果表明:α和αw对气隙中心磁场的Bpeak和THDB影响较大;在α和αw的协同作用下,聚磁效应使Bpeak的极大值区域为α>90° & αw<0.5;等边效应使THDB的极小值区域呈直线型变化。【结论】本文建立的改进等效面电流解析模型计算结果和有限元验证结果一致性较好,计算方便,结果精度高。本研究为非矩形截面永磁体气隙磁场解析提供了新方法,同时也为PMLSM磁极模型优化提供了参考。
2025, 52(6):669-679.
DOI: 10.12177/emca.2025.039
摘要:
【目的】针对双转子异步电机在分数槽集中绕组(FSCW)结构下产生的非主导极次谐波问题,本研究旨在提出一种高效的谐波抑制方法,以降低谐波引发的电机效率损失,提升电机的运行稳定性与综合性能。【方法】首先,基于FSCW的相带划分与排布规律,采用定义法和谐波合成法分别推导了偶数槽与奇数槽的分布系数计算式,明确了不同极对数下各次谐波磁动势在轴线位置的峰谷分布特性。其次,结合分布系数的理论分析,提出了两种补偿绕组配置策略:直接补偿法通过调整补偿绕组与主绕组的相位关系,使拟抑制谐波的磁动势峰谷与主谐波反向叠加;移相补偿法则通过多组补偿绕组的相位偏移设计,实现特定次谐波的主动抵消。此外,建立了基于有限元仿真的三维电机模型验证补偿方法的有效性。【结果】通过理论计算和有限元仿真验证了所提方法能够有效地抑制特定谐波成分,并少量增强工作谐波,提高了电机的运行稳定性和效率。【结论】本研究表明,直接补偿法与移相补偿法可依据谐波峰谷分布特性灵活应用于非主导极次谐波抑制。前者适用于拟抑制谐波与工作谐波峰谷反向的场景,后者则解决二者峰谷同向时的谐波抵消难题。两种方法都可以在抑制目标谐波的同时适度增强工作谐波,为高精度电机设计与谐波治理提供了理论依据和技术支撑。
【目的】针对双转子异步电机在分数槽集中绕组(FSCW)结构下产生的非主导极次谐波问题,本研究旨在提出一种高效的谐波抑制方法,以降低谐波引发的电机效率损失,提升电机的运行稳定性与综合性能。【方法】首先,基于FSCW的相带划分与排布规律,采用定义法和谐波合成法分别推导了偶数槽与奇数槽的分布系数计算式,明确了不同极对数下各次谐波磁动势在轴线位置的峰谷分布特性。其次,结合分布系数的理论分析,提出了两种补偿绕组配置策略:直接补偿法通过调整补偿绕组与主绕组的相位关系,使拟抑制谐波的磁动势峰谷与主谐波反向叠加;移相补偿法则通过多组补偿绕组的相位偏移设计,实现特定次谐波的主动抵消。此外,建立了基于有限元仿真的三维电机模型验证补偿方法的有效性。【结果】通过理论计算和有限元仿真验证了所提方法能够有效地抑制特定谐波成分,并少量增强工作谐波,提高了电机的运行稳定性和效率。【结论】本研究表明,直接补偿法与移相补偿法可依据谐波峰谷分布特性灵活应用于非主导极次谐波抑制。前者适用于拟抑制谐波与工作谐波峰谷反向的场景,后者则解决二者峰谷同向时的谐波抵消难题。两种方法都可以在抑制目标谐波的同时适度增强工作谐波,为高精度电机设计与谐波治理提供了理论依据和技术支撑。
2025, 52(6):680-689.
DOI: 10.12177/emca.2025.051
摘要:
【目的】循环水泵采用屏蔽式三相交流异步变极电机，该变极电机高速和低速工况切换过程需要断电较长时间，导致电机转速及工艺回路流量出现大幅度跌落。为实现上述工况平稳切换，本文提出了一种高速、低速工况相互切换的控制策略。【方法】首先以该循环水泵的变极电机为分析对象，利用电机变极原理及交流异步电机数学方程，建立了变极电机的仿真模型，搭建了变极电机低速、高速驱动控制仿真模型。为尽量减少切换过程回路流量跌落以减少电机转速跌落为目的，分别研究了变极电机高速、低速相互切换过程中电机剩余感应电动势、电机转速等参数的动态变化特征。结合变极电机工况切换过程需要考虑的限制性条件，针对性设计了变极电机低速切高速和高速切低速控制策略。将该控制策略应用于循环水泵配套的变频电源研制中，通过台架试验验证了变频电源与循环水泵之间的匹配性。【结果】试验结果表明，该控制策略较好地实现了循环水泵高速与低速工况之间的平稳切换，满足循环水泵对运行工况切换的要求。高速切换至低速过程中将转速跌落、回路流量跌落控制在22.7%，低速切换至高速过程中将转速跌落、回路流量跌落控制在25.4%和25.5%。【结论】本文提出的循环水泵变极电机高速、低速工况之间的相互切换策略，较好地解决了循环水泵的工况切换难题，具有较高的工程应用价值。
【目的】循环水泵采用屏蔽式三相交流异步变极电机，该变极电机高速和低速工况切换过程需要断电较长时间，导致电机转速及工艺回路流量出现大幅度跌落。为实现上述工况平稳切换，本文提出了一种高速、低速工况相互切换的控制策略。【方法】首先以该循环水泵的变极电机为分析对象，利用电机变极原理及交流异步电机数学方程，建立了变极电机的仿真模型，搭建了变极电机低速、高速驱动控制仿真模型。为尽量减少切换过程回路流量跌落以减少电机转速跌落为目的，分别研究了变极电机高速、低速相互切换过程中电机剩余感应电动势、电机转速等参数的动态变化特征。结合变极电机工况切换过程需要考虑的限制性条件，针对性设计了变极电机低速切高速和高速切低速控制策略。将该控制策略应用于循环水泵配套的变频电源研制中，通过台架试验验证了变频电源与循环水泵之间的匹配性。【结果】试验结果表明，该控制策略较好地实现了循环水泵高速与低速工况之间的平稳切换，满足循环水泵对运行工况切换的要求。高速切换至低速过程中将转速跌落、回路流量跌落控制在22.7%，低速切换至高速过程中将转速跌落、回路流量跌落控制在25.4%和25.5%。【结论】本文提出的循环水泵变极电机高速、低速工况之间的相互切换策略，较好地解决了循环水泵的工况切换难题，具有较高的工程应用价值。
2025, 52(6):690-699.
DOI: 10.12177/emca.2025.047
摘要:
【目的】为了提升永磁同步电机(PMSM)电流控制器的抗扰动能力和鲁棒性,解决传统比例积分(PI)控制在转速和负载变化下的超调及dq轴电流脉动问题,提出了一种带全阶观测器(FO)的PMSM电流滑模控制器。【方法】首先,考虑逆变器死区时间、参数变化和突变等不可避免的扰动,建立了PMSM的实际数学模型。其次,使用FO计算dq轴电流模型扰动,并分析了参数对观测器的影响。然后,考虑到观测扰动,基于滑模控制设计了PMSM的dq轴电流控制器。此外,分析了FO的稳定性,并用李雅普诺夫函数对控制器进行了稳定性分析。【结果】为了验证该方法的有效性,搭建了Matlab/Simulink仿真平台和TMS320F28035的试验平台。通过与其他两种控制器进行对比,本文所提的方法具有结构简单、稳态误差更小的优点。仿真与试验结果表明,与传统的PI控制器相比,本文所提方法的电流控制器在应对参数变化、负载或速度突变时表现出较好的鲁棒性,同时可以抑制dq轴电流脉动,保证了系统的稳定性。【结论】本文提出的带FO的滑模控制器,改善了系统抗扰动能力,提升了系统的动态响应性能,为PMSM在新能源汽车、轨道交通等相关领域的应用提供了技术支持。
【目的】为了提升永磁同步电机(PMSM)电流控制器的抗扰动能力和鲁棒性,解决传统比例积分(PI)控制在转速和负载变化下的超调及dq轴电流脉动问题,提出了一种带全阶观测器(FO)的PMSM电流滑模控制器。【方法】首先,考虑逆变器死区时间、参数变化和突变等不可避免的扰动,建立了PMSM的实际数学模型。其次,使用FO计算dq轴电流模型扰动,并分析了参数对观测器的影响。然后,考虑到观测扰动,基于滑模控制设计了PMSM的dq轴电流控制器。此外,分析了FO的稳定性,并用李雅普诺夫函数对控制器进行了稳定性分析。【结果】为了验证该方法的有效性,搭建了Matlab/Simulink仿真平台和TMS320F28035的试验平台。通过与其他两种控制器进行对比,本文所提的方法具有结构简单、稳态误差更小的优点。仿真与试验结果表明,与传统的PI控制器相比,本文所提方法的电流控制器在应对参数变化、负载或速度突变时表现出较好的鲁棒性,同时可以抑制dq轴电流脉动,保证了系统的稳定性。【结论】本文提出的带FO的滑模控制器,改善了系统抗扰动能力,提升了系统的动态响应性能,为PMSM在新能源汽车、轨道交通等相关领域的应用提供了技术支持。
2025, 52(6):700-709.
DOI: 10.12177/emca.2025.041
摘要:
【目的】针对永磁同步直线电机在多源复合扰动下存在的动态响应慢、跟踪精度不足及参数整定复杂等问题,提出一种基于粒子群优化算法的改进降全阶切换自抗扰控制(PSO-RSADRC),旨在突破快速整定时间与抗干扰性。【方法】首先,构建智能切换自抗扰控制(SADRC)架构,通过线性/非线性动态切换优化扰动抑制性能。然后,提出降全阶切换自抗扰控制(RSADRC),简化观测器结构以降低参数耦合度。最后,为解决非线性误差反馈模块的多参数耦合问题,开发PSO-RSADRC,并基于四阶S型运动规划模型开展仿真与试验验证。【结果】仿真结果表明,PSO-RSADRC在1 A阶跃扰动下的时间加权绝对误差积分降至0.95,最大动态误差仅为19 μm,较传统线性自抗扰控制精度提升98%。试验平台验证中,整定时间缩短至57 ms,响应速度提升32%。【结论】所提出的PSO-RSADRC策略有效解决了多源扰动下的精密运动控制难题,其参数整定效率与抗扰鲁棒性显著优于传统方法,为微电子封装等高精度工业场景提供了可靠的技术方案。
【目的】针对永磁同步直线电机在多源复合扰动下存在的动态响应慢、跟踪精度不足及参数整定复杂等问题,提出一种基于粒子群优化算法的改进降全阶切换自抗扰控制(PSO-RSADRC),旨在突破快速整定时间与抗干扰性。【方法】首先,构建智能切换自抗扰控制(SADRC)架构,通过线性/非线性动态切换优化扰动抑制性能。然后,提出降全阶切换自抗扰控制(RSADRC),简化观测器结构以降低参数耦合度。最后,为解决非线性误差反馈模块的多参数耦合问题,开发PSO-RSADRC,并基于四阶S型运动规划模型开展仿真与试验验证。【结果】仿真结果表明,PSO-RSADRC在1 A阶跃扰动下的时间加权绝对误差积分降至0.95,最大动态误差仅为19 μm,较传统线性自抗扰控制精度提升98%。试验平台验证中,整定时间缩短至57 ms,响应速度提升32%。【结论】所提出的PSO-RSADRC策略有效解决了多源扰动下的精密运动控制难题,其参数整定效率与抗扰鲁棒性显著优于传统方法,为微电子封装等高精度工业场景提供了可靠的技术方案。
《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
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- 影响因子：0.752
