2026年第10期文章目次
2026(10):993-1004.
DOI: 10.12177/emca.2026.232
摘要:
【目的】针对电动汽车两相电机驱动中传统弱磁控制在弱磁区功率受限、输出转矩随转速升高而下降以及前置Boost升压方案导致系统体积和成本增加等问题,本文提出一种基于三相桥复用的Boost与两相半桥逆变一体化电路方案。【方法】针对电动汽车电机驱动系统宽调速运行需求,分析Boost电路与两相半桥逆变电路的工作机理,提出并构建基于三相桥复用的系统拓扑。在此基础上,开展关键参数设计与控制算法设计,并采用建模仿真和理论对比相结合的方法对所提方案进行验证。【结果】结果表明,所提方案在仅少量增加系统体积和成本的前提下,能够有效提升直流电压利用率,实现升压与驱动功能的一体化配合;在不降低输出转矩的情况下,电机调速范围扩大36.08%,验证了该方案在宽调速运行中的有效性。【结论】所提方案较好地兼顾了宽调速性能、系统成本与结构集成度要求,为电动汽车电机驱动系统的低成本、高集成宽调速实现提供了可行的技术路径,具有一定的理论意义和工程应用价值。
【目的】针对电动汽车两相电机驱动中传统弱磁控制在弱磁区功率受限、输出转矩随转速升高而下降以及前置Boost升压方案导致系统体积和成本增加等问题,本文提出一种基于三相桥复用的Boost与两相半桥逆变一体化电路方案。【方法】针对电动汽车电机驱动系统宽调速运行需求,分析Boost电路与两相半桥逆变电路的工作机理,提出并构建基于三相桥复用的系统拓扑。在此基础上,开展关键参数设计与控制算法设计,并采用建模仿真和理论对比相结合的方法对所提方案进行验证。【结果】结果表明,所提方案在仅少量增加系统体积和成本的前提下,能够有效提升直流电压利用率,实现升压与驱动功能的一体化配合;在不降低输出转矩的情况下,电机调速范围扩大36.08%,验证了该方案在宽调速运行中的有效性。【结论】所提方案较好地兼顾了宽调速性能、系统成本与结构集成度要求,为电动汽车电机驱动系统的低成本、高集成宽调速实现提供了可行的技术路径,具有一定的理论意义和工程应用价值。
2026(10):1005-1017.
DOI: 10.12177/emca.2026.225
摘要:
【目的】针对双高电力系统下电网强弱交替导致传统单一跟网型(GFL)或构网型(GFM)控制难以适配的问题,提出一种基于电网阻抗辨识的GFL/GFM切换控制策略。【方法】采用基于特定频次谐波提取的电网阻抗辨识技术监测电网强度并确定短路比(SCR);设置迟滞切换环节,当SCR<2时采用GFM控制,当SCR>3时采用GFL控制,当2≤SCR≤3时保持原控制模式运行,避免临界区间频繁切换。通过稳态工作点预匹配策略补偿功率参考值与虚拟励磁初值,消除模式切换时的瞬态冲击,并通过Matlab/Simulink进行仿真验证。【结果】在强弱电网交替变化过程中,所提策略能够根据在线辨识结果完成GFM与GFL控制的双向切换,切换瞬间公共耦合点电压无明显阶跃,电流仅出现短时扰动并能快速恢复稳态,有功、无功功率无持续振荡。与不同切换方法的对比结果进一步表明,稳态工作点预匹配能够减小切换过程中的电流冲击,使模式过渡更加平滑。【结论】该策略融合了GFL与GFM控制的技术优势,其能够根据电网强度变化实现GFL/GFM切换控制,并通过稳态工作点预匹配降低模式切换过程中的电压、电流和功率冲击,提高储能变流器在强弱电网动态变化条件下的运行适应性和切换稳定性。
【目的】针对双高电力系统下电网强弱交替导致传统单一跟网型(GFL)或构网型(GFM)控制难以适配的问题,提出一种基于电网阻抗辨识的GFL/GFM切换控制策略。【方法】采用基于特定频次谐波提取的电网阻抗辨识技术监测电网强度并确定短路比(SCR);设置迟滞切换环节,当SCR<2时采用GFM控制,当SCR>3时采用GFL控制,当2≤SCR≤3时保持原控制模式运行,避免临界区间频繁切换。通过稳态工作点预匹配策略补偿功率参考值与虚拟励磁初值,消除模式切换时的瞬态冲击,并通过Matlab/Simulink进行仿真验证。【结果】在强弱电网交替变化过程中,所提策略能够根据在线辨识结果完成GFM与GFL控制的双向切换,切换瞬间公共耦合点电压无明显阶跃,电流仅出现短时扰动并能快速恢复稳态,有功、无功功率无持续振荡。与不同切换方法的对比结果进一步表明,稳态工作点预匹配能够减小切换过程中的电流冲击,使模式过渡更加平滑。【结论】该策略融合了GFL与GFM控制的技术优势,其能够根据电网强度变化实现GFL/GFM切换控制,并通过稳态工作点预匹配降低模式切换过程中的电压、电流和功率冲击,提高储能变流器在强弱电网动态变化条件下的运行适应性和切换稳定性。
2026(10):1018-1027.
DOI: 10.12177/emca.2026.229
摘要:
【目的】针对电压源型逆变电源在负载突加突卸过程中存在的输出电压波动问题,为突破其动态响应能力与稳定性不足的核心瓶颈,本文引入电压电流前馈控制方法,旨在有效抑制电压波动并提升系统综合性能。【方法】首先,建立三相三电平全桥逆变电源的精确数学模型。其次,以期望带宽和相角裕度为约束条件,完成传统反馈控制比例积分参数的设计。然后,引入电压电流前馈控制,并利用伯德图与零极点分布分析法,推导出最优前馈系数。最后,通过仿真和试验验证所提方法的有效性。【结果】仿真与试验结果表明,引入前馈控制后,系统在负载突加突卸过程中的输出电压波动显著减小,动态响应速度与运行稳定性均得到有效提升,系统整体性能得到明显改善。【结论】所提电压电流前馈控制设计方法正确可行,物理意义清晰、工程操作性强,为同类逆变电源控制参数的正向设计提供了可借鉴的思路。
【目的】针对电压源型逆变电源在负载突加突卸过程中存在的输出电压波动问题,为突破其动态响应能力与稳定性不足的核心瓶颈,本文引入电压电流前馈控制方法,旨在有效抑制电压波动并提升系统综合性能。【方法】首先,建立三相三电平全桥逆变电源的精确数学模型。其次,以期望带宽和相角裕度为约束条件,完成传统反馈控制比例积分参数的设计。然后,引入电压电流前馈控制,并利用伯德图与零极点分布分析法,推导出最优前馈系数。最后,通过仿真和试验验证所提方法的有效性。【结果】仿真与试验结果表明,引入前馈控制后,系统在负载突加突卸过程中的输出电压波动显著减小,动态响应速度与运行稳定性均得到有效提升,系统整体性能得到明显改善。【结论】所提电压电流前馈控制设计方法正确可行,物理意义清晰、工程操作性强,为同类逆变电源控制参数的正向设计提供了可借鉴的思路。
2026(10):1028-1038.
DOI: 10.12177/emca.2026.223
摘要:
【目的】针对小型离网垂直轴风电系统在变风速和负载扰动下存在的机侧转矩脉动大、直流母线电压波动明显等问题,提出一种基于超螺旋滑模算法-直接转矩控制-空间矢量脉宽调制(STA-SVPWM-DTC)与DC/DC稳压的协同控制策略,同时实现时间转矩脉动的抑制与母线电压稳定调控。【方法】采用分层解耦控制思路,将系统划分为机侧整流与直流侧稳压两大模块。机侧控制以定子磁链误差与电磁转矩误差构建复合滑模面,利用超螺旋滑模控制(STSMC)输出连续平滑的控制信号,经SVPWM驱动机侧PWM整流器,从而消除传统DTC因滞环离散切换引起的高频转矩纹波。直流侧则构建电压外环串联电感电流内环的双闭环DC/DC稳压架构,通过独立稳压回路阻隔负载侧功率波动向机侧传递,削弱两侧控制通道间的反向耦合干扰。【结果】为验证所提策略的性能,设置多组仿真工况与实物负载试验进行对比测试。风速由12 m/s降至7 m/s的阶跃工况下,仿真结果表明,相较传统DTC,所提STA-SVPWM-DTC及DC/DC协同控制方法可将电磁转矩峰峰值由1.35 N·m降低至0.4~0.5 N·m,降幅达60~70%;在阶跃风速、组合风速及10 Ω带载试验条件下,直流母线电压均可稳定在12 V附近,且电压与电流纹波明显减小。【结论】所提STA-SVPWM-DTC及DC/DC协同控制策略能够改善小型离网垂直轴风电系统的转矩平滑性和直流输出稳定性,为离网风电供能系统的稳定运行提供了一种可行控制方案。
【目的】针对小型离网垂直轴风电系统在变风速和负载扰动下存在的机侧转矩脉动大、直流母线电压波动明显等问题,提出一种基于超螺旋滑模算法-直接转矩控制-空间矢量脉宽调制(STA-SVPWM-DTC)与DC/DC稳压的协同控制策略,同时实现时间转矩脉动的抑制与母线电压稳定调控。【方法】采用分层解耦控制思路,将系统划分为机侧整流与直流侧稳压两大模块。机侧控制以定子磁链误差与电磁转矩误差构建复合滑模面,利用超螺旋滑模控制(STSMC)输出连续平滑的控制信号,经SVPWM驱动机侧PWM整流器,从而消除传统DTC因滞环离散切换引起的高频转矩纹波。直流侧则构建电压外环串联电感电流内环的双闭环DC/DC稳压架构,通过独立稳压回路阻隔负载侧功率波动向机侧传递,削弱两侧控制通道间的反向耦合干扰。【结果】为验证所提策略的性能,设置多组仿真工况与实物负载试验进行对比测试。风速由12 m/s降至7 m/s的阶跃工况下,仿真结果表明,相较传统DTC,所提STA-SVPWM-DTC及DC/DC协同控制方法可将电磁转矩峰峰值由1.35 N·m降低至0.4~0.5 N·m,降幅达60~70%;在阶跃风速、组合风速及10 Ω带载试验条件下,直流母线电压均可稳定在12 V附近,且电压与电流纹波明显减小。【结论】所提STA-SVPWM-DTC及DC/DC协同控制策略能够改善小型离网垂直轴风电系统的转矩平滑性和直流输出稳定性,为离网风电供能系统的稳定运行提供了一种可行控制方案。
2026(10):1039-1052.
DOI: 10.12177/emca.2026.231
摘要:
【目的】针对储能变流器由离网模式切换至并网模式过程中的过渡问题,本文研究了一种基于虚拟同步机(VSG)控制的预同步策略。【方法】对离网运行模式、预同步控制模式以及并网运行模式分别建立了详尽的动态数学模型。在并网切换前,需引入预同步环节,用以补偿逆变器输出与电网母线之间的电压幅值及相位偏差。将预同步比例积分(PI)调节器引入原离网模型后,系统整体的数学模型阶次由原有的二阶上升为三阶。应用劳斯稳定判据对系统进行稳定性分析,并给出预同步控制环节中控制参数可行选取准则。进一步地,采用根轨迹法研究了加入预同步控制之后闭环系统根轨迹随关键参数变化的规律。所考虑的参数包括虚拟惯量、阻尼系数以及预同步控制的比例和积分增益等,通过分析根轨迹与虚轴的交点以及主导极点对的移动趋势,系统地归纳了各参数对系统稳定性、响应速度的影响。【结果】研究结果表明,在预同步控制过程中,VSG的惯性时间常数对响应速度的影响相对有限;阻尼系数以及预同步PI控制器的比例增益与积分增益,则构成了决定系统动态响应品质的关键因素。仿真工况系统性地覆盖了不同虚拟惯量、阻尼系数及预同步PI参数组合下的典型运行场景。仿真结果不仅印证了虚拟惯量对响应速度的影响较弱,也定量展示了阻尼系数和PI参数对响应时间、超调量等调控效果。【结论】本文所建立的理论模型与分析方法可为微电网平滑并网控制策略的工程参数整定提供理论依据与实践指导。
【目的】针对储能变流器由离网模式切换至并网模式过程中的过渡问题,本文研究了一种基于虚拟同步机(VSG)控制的预同步策略。【方法】对离网运行模式、预同步控制模式以及并网运行模式分别建立了详尽的动态数学模型。在并网切换前,需引入预同步环节,用以补偿逆变器输出与电网母线之间的电压幅值及相位偏差。将预同步比例积分(PI)调节器引入原离网模型后,系统整体的数学模型阶次由原有的二阶上升为三阶。应用劳斯稳定判据对系统进行稳定性分析,并给出预同步控制环节中控制参数可行选取准则。进一步地,采用根轨迹法研究了加入预同步控制之后闭环系统根轨迹随关键参数变化的规律。所考虑的参数包括虚拟惯量、阻尼系数以及预同步控制的比例和积分增益等,通过分析根轨迹与虚轴的交点以及主导极点对的移动趋势,系统地归纳了各参数对系统稳定性、响应速度的影响。【结果】研究结果表明,在预同步控制过程中,VSG的惯性时间常数对响应速度的影响相对有限;阻尼系数以及预同步PI控制器的比例增益与积分增益,则构成了决定系统动态响应品质的关键因素。仿真工况系统性地覆盖了不同虚拟惯量、阻尼系数及预同步PI参数组合下的典型运行场景。仿真结果不仅印证了虚拟惯量对响应速度的影响较弱,也定量展示了阻尼系数和PI参数对响应时间、超调量等调控效果。【结论】本文所建立的理论模型与分析方法可为微电网平滑并网控制策略的工程参数整定提供理论依据与实践指导。
2026(10):1053-1061.
DOI: 10.12177/emca.2026.224
摘要:
【目的】针对永磁同步电机无模型预测电流控制(MFPCC)中存在的稳态控制精度不足与电流增量更新停滞问题,提出一种基于离散空间矢量调制(DSVM)的改进型MFPCC方法。【方法】首先,引入DSVM技术扩展电压矢量集合,将一个控制周期均分为3段以合成37个虚拟电压矢量,有效提升系统的稳态控制性能。其次,通过定义单位电压矢量并对电压矢量进行坐标化表征,将电流增量更新转化为单位电流增量建立,有效解决传统方法中电流增量更新停滞的问题。进一步,利用参考电流增量解析最优电压矢量的理论坐标范围,实现电压矢量预筛选,将候选矢量从37个缩减至4个,显著降低因评估所有电压矢量导致的计算负担激增问题。最后,在一台2 kW试验平台上对所提方法的可行性及有效性进行系统性的试验验证。【结果】试验结果显示,与传统MFPCC相比,所提方法在900 r/min、5 N·m负载稳态工况下的dq轴电流纹波由5.4 A和5.0 A降低到3.1 A和3.0 A,相电流总谐波失真由17.36%降低至7.43%,转矩脉动得到有效抑制;在转速由500 r/min阶跃变化至1 000 r/min动态工况下,动态调节时间为60 ms,与传统MFPCC性能相当。所提方法执行时间为29.5 μs,仅比传统MFPCC增加了1.9 μs,能支持逆变器最高30 kHz的开关频率运行。【结论】所提改进型MFPCC在保持低运算负担的同时,显著提升了MFPCC的稳态性能。
【目的】针对永磁同步电机无模型预测电流控制(MFPCC)中存在的稳态控制精度不足与电流增量更新停滞问题,提出一种基于离散空间矢量调制(DSVM)的改进型MFPCC方法。【方法】首先,引入DSVM技术扩展电压矢量集合,将一个控制周期均分为3段以合成37个虚拟电压矢量,有效提升系统的稳态控制性能。其次,通过定义单位电压矢量并对电压矢量进行坐标化表征,将电流增量更新转化为单位电流增量建立,有效解决传统方法中电流增量更新停滞的问题。进一步,利用参考电流增量解析最优电压矢量的理论坐标范围,实现电压矢量预筛选,将候选矢量从37个缩减至4个,显著降低因评估所有电压矢量导致的计算负担激增问题。最后,在一台2 kW试验平台上对所提方法的可行性及有效性进行系统性的试验验证。【结果】试验结果显示,与传统MFPCC相比,所提方法在900 r/min、5 N·m负载稳态工况下的dq轴电流纹波由5.4 A和5.0 A降低到3.1 A和3.0 A,相电流总谐波失真由17.36%降低至7.43%,转矩脉动得到有效抑制;在转速由500 r/min阶跃变化至1 000 r/min动态工况下,动态调节时间为60 ms,与传统MFPCC性能相当。所提方法执行时间为29.5 μs,仅比传统MFPCC增加了1.9 μs,能支持逆变器最高30 kHz的开关频率运行。【结论】所提改进型MFPCC在保持低运算负担的同时,显著提升了MFPCC的稳态性能。
2026(10):1062-1072.
DOI: 10.12177/emca.2026.221
摘要:
【目的】针对永磁同步电机无位置传感器控制系统在复杂信号干扰环境下位置估算精度低的问题,本文提出一种自适应带宽线性自抗扰控制(AB-LADRC)策略。【方法】首先,建立包含电流采样噪声、量化误差及零点漂移的多源干扰误差模型,以显式量化系统的不确定性。其次,构建基于三阶线性扩张状态观测器的锁相闭环架构,以动态观测并主动补偿集总扰动。在此基础之上,引入带宽分离滤波策略抑制高频噪声放大。此外,设计自适应带宽调节机制,实现观测参数随实时运行状态的动态优化。【结果】试验结果表明,与传统锁相环策略相比,所提AB-LADRC策略在负载突变时将转速跌落限制在仅7 r/min,并将恢复时间缩短至40 ms以内。进一步地,在强噪声工况下,转速估算的均方根误差下降了69.5%。在12位低分辨率采样下,转速纹波被严格限制在±1.59 r/min以内。同时,由零点漂移引发的次谐波低频脉动幅值衰减了78%。【结论】通过将控制动态与外部噪声解耦,该策略显著提升了系统在恶劣运行工况下的抗噪鲁棒性与高精度伺服性能。
【目的】针对永磁同步电机无位置传感器控制系统在复杂信号干扰环境下位置估算精度低的问题,本文提出一种自适应带宽线性自抗扰控制(AB-LADRC)策略。【方法】首先,建立包含电流采样噪声、量化误差及零点漂移的多源干扰误差模型,以显式量化系统的不确定性。其次,构建基于三阶线性扩张状态观测器的锁相闭环架构,以动态观测并主动补偿集总扰动。在此基础之上,引入带宽分离滤波策略抑制高频噪声放大。此外,设计自适应带宽调节机制,实现观测参数随实时运行状态的动态优化。【结果】试验结果表明,与传统锁相环策略相比,所提AB-LADRC策略在负载突变时将转速跌落限制在仅7 r/min,并将恢复时间缩短至40 ms以内。进一步地,在强噪声工况下,转速估算的均方根误差下降了69.5%。在12位低分辨率采样下,转速纹波被严格限制在±1.59 r/min以内。同时,由零点漂移引发的次谐波低频脉动幅值衰减了78%。【结论】通过将控制动态与外部噪声解耦,该策略显著提升了系统在恶劣运行工况下的抗噪鲁棒性与高精度伺服性能。
2026(10):1073-1084.
DOI: 10.12177/emca.2026.227
摘要:
【目的】针对机场滚筒式蛇形传送带车在大倾角坡道输送过程中出现的速度波动、附加载荷扰动明显及驱动鲁棒性不足等问题,以单电动滚筒驱动单元为对象,提出一种永磁同步电机(PMSM)参数调度与前馈—观测复合抗扰控制方法。【方法】首先,根据滚筒直径和工程输送速度范围确定中速运行工况,建立单滚筒PMSM矢量控制模型。其次,构造与坡度角相关的等效坡道负载模型,并以坡度角θ为调度变量设计速度环比例积分(PI)参数,使控制器增益能够随倾角变化自适应调整;然后,将可计算的坡道负载通过重力前馈补偿到q轴电流指令中,以减轻速度环反馈调节压力;最后,针对前馈补偿后仍存在的未知附加扰动,构建方向自适应滑模扰动观测器(SMDO)残差补偿结构,通过扰动估计偏置校正、坡向增益调节和补偿电流限幅生成有效q轴补偿电流。【结果】仿真结果表明,在0°→8°→16°→24°上坡和0°→-8°→-16°→-24°下坡变倾角工况下,参数调度磁场定向控制(FOC)相比固定参数FOC均能降低最大转速偏差,且倾角越大改善越明显;在±24°坡道条件下,重力前馈能够显著减小转速偏差并大幅降低速度环PI输出负担;在叠加未知附加扰动时,方向自适应SMDO残差补偿能够分别降低上坡阻力扰动下的转速跌落和下坡助动扰动下的转速上冲。【结论】所提参数调度与前馈—观测复合抗扰控制方法能够提高单滚筒驱动单元在变倾角及附加扰动条件下的速度保持能力,并为后续多滚筒协同控制研究提供执行层控制基础。
【目的】针对机场滚筒式蛇形传送带车在大倾角坡道输送过程中出现的速度波动、附加载荷扰动明显及驱动鲁棒性不足等问题,以单电动滚筒驱动单元为对象,提出一种永磁同步电机(PMSM)参数调度与前馈—观测复合抗扰控制方法。【方法】首先,根据滚筒直径和工程输送速度范围确定中速运行工况,建立单滚筒PMSM矢量控制模型。其次,构造与坡度角相关的等效坡道负载模型,并以坡度角θ为调度变量设计速度环比例积分(PI)参数,使控制器增益能够随倾角变化自适应调整;然后,将可计算的坡道负载通过重力前馈补偿到q轴电流指令中,以减轻速度环反馈调节压力;最后,针对前馈补偿后仍存在的未知附加扰动,构建方向自适应滑模扰动观测器(SMDO)残差补偿结构,通过扰动估计偏置校正、坡向增益调节和补偿电流限幅生成有效q轴补偿电流。【结果】仿真结果表明,在0°→8°→16°→24°上坡和0°→-8°→-16°→-24°下坡变倾角工况下,参数调度磁场定向控制(FOC)相比固定参数FOC均能降低最大转速偏差,且倾角越大改善越明显;在±24°坡道条件下,重力前馈能够显著减小转速偏差并大幅降低速度环PI输出负担;在叠加未知附加扰动时,方向自适应SMDO残差补偿能够分别降低上坡阻力扰动下的转速跌落和下坡助动扰动下的转速上冲。【结论】所提参数调度与前馈—观测复合抗扰控制方法能够提高单滚筒驱动单元在变倾角及附加扰动条件下的速度保持能力,并为后续多滚筒协同控制研究提供执行层控制基础。
2026(10):1085-1094.
DOI: 10.12177/emca.2026.228
摘要:
【目的】针对稀土材料稀缺昂贵导致新能源汽车驱动电机成本高昂的问题,本研究旨在采用低成本的铁氧体材料替代部分钕铁硼永磁体以降低制造成本。【方法】以电动大巴车U型内置式驱动电机为研究对象,设计3种钕铁硼与铁氧体混合的永磁转子结构,采用有限元方法分析不同永磁体排布方式对电机输出转矩、磁阻转矩以及气隙磁密畸变的影响,选出磁阻转矩、输出转矩优势明显的非对称磁极排列结构。在永磁体用量不变的前提下,对永磁体角度、距离、磁桥间距进行多参数优化。最后,基于一台现有的110 kW钕铁硼样机测试电机反电动势与转矩-电流特性,并将实测数据与仿真数据对比分析。【结果】相较于其余排布方式,单极不对称两极对称的磁极排列结构可实现更高的磁阻转矩与输出转矩,经多参数优化后,电机输出转矩提升4.4%,磁阻转矩提升2.5%。样机实测的反电动势、转矩-电流特性与有限元仿真数值高度吻合。【结论】该方案通过部分替代钕铁硼永磁体,在有效降低电机制造成本的同时,借助对单极不对称及两极对称等多种磁极排列结构的多参数优化,实现了在不增加永磁材料用量前提下的转矩性能提升。此外,通过现有样机的试验测试,验证了本文所采用的有限元仿真计算方法的正确性与准确性。
【目的】针对稀土材料稀缺昂贵导致新能源汽车驱动电机成本高昂的问题,本研究旨在采用低成本的铁氧体材料替代部分钕铁硼永磁体以降低制造成本。【方法】以电动大巴车U型内置式驱动电机为研究对象,设计3种钕铁硼与铁氧体混合的永磁转子结构,采用有限元方法分析不同永磁体排布方式对电机输出转矩、磁阻转矩以及气隙磁密畸变的影响,选出磁阻转矩、输出转矩优势明显的非对称磁极排列结构。在永磁体用量不变的前提下,对永磁体角度、距离、磁桥间距进行多参数优化。最后,基于一台现有的110 kW钕铁硼样机测试电机反电动势与转矩-电流特性,并将实测数据与仿真数据对比分析。【结果】相较于其余排布方式,单极不对称两极对称的磁极排列结构可实现更高的磁阻转矩与输出转矩,经多参数优化后,电机输出转矩提升4.4%,磁阻转矩提升2.5%。样机实测的反电动势、转矩-电流特性与有限元仿真数值高度吻合。【结论】该方案通过部分替代钕铁硼永磁体,在有效降低电机制造成本的同时,借助对单极不对称及两极对称等多种磁极排列结构的多参数优化,实现了在不增加永磁材料用量前提下的转矩性能提升。此外,通过现有样机的试验测试,验证了本文所采用的有限元仿真计算方法的正确性与准确性。
2026(10):1095-1115.
DOI: 10.12177/emca.2026.233
摘要:
【目的】针对新能源客车表贴式永磁同步电机在负载突变、宽速域运行等复杂工况下,传统混合模型磁链观测器(HMFO)面临的低速积分漂移、高速参数失配及鲁棒性不足的问题,提出一种融合闭环滑模校正与前馈扩张状态观测器(ESO)补偿的改进HMFO控制策略。【方法】在电压-电流混合模型架构下,首先,采用带补偿的一阶低通滤波器串联高通滤波器替代纯积分器以消除直流偏置和积分饱和;其次,构建以两种模型有功磁链差值为滑模面的闭环反馈,利用滑模控制实现误差的有限时间收敛;最后,引入ESO对参数摄动与负载扰动进行前馈补偿,有效抑制滑模抖振并提升稳态观测精度。【结果】仿真结果表明,在负载突变与转速阶跃工况下,改进HMFO的转速峰值误差分别收敛至±0.4 r/min和±0.6 r/min,动态调节时间分别压缩至4 ms和10 ms内;位置角度瞬态误差峰值分别低于1.6×10-5 rad和2.5×10-5 rad,稳态误差无明显高频抖振,观测稳定性显著优于传统方案。【结论】该策略成功兼顾了高动态响应与强鲁棒性,有效克服了传统HMFO的积分漂移与饱和问题,仿真结果初步验证了该方法在新能源客车复杂工况下的应用潜力。
【目的】针对新能源客车表贴式永磁同步电机在负载突变、宽速域运行等复杂工况下,传统混合模型磁链观测器(HMFO)面临的低速积分漂移、高速参数失配及鲁棒性不足的问题,提出一种融合闭环滑模校正与前馈扩张状态观测器(ESO)补偿的改进HMFO控制策略。【方法】在电压-电流混合模型架构下,首先,采用带补偿的一阶低通滤波器串联高通滤波器替代纯积分器以消除直流偏置和积分饱和;其次,构建以两种模型有功磁链差值为滑模面的闭环反馈,利用滑模控制实现误差的有限时间收敛;最后,引入ESO对参数摄动与负载扰动进行前馈补偿,有效抑制滑模抖振并提升稳态观测精度。【结果】仿真结果表明,在负载突变与转速阶跃工况下,改进HMFO的转速峰值误差分别收敛至±0.4 r/min和±0.6 r/min,动态调节时间分别压缩至4 ms和10 ms内;位置角度瞬态误差峰值分别低于1.6×10-5 rad和2.5×10-5 rad,稳态误差无明显高频抖振,观测稳定性显著优于传统方案。【结论】该策略成功兼顾了高动态响应与强鲁棒性,有效克服了传统HMFO的积分漂移与饱和问题,仿真结果初步验证了该方法在新能源客车复杂工况下的应用潜力。
《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
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