《电机与控制应用》(CN 31-1959/TM,ISSN 1673-6540)创刊于1959年,创刊名为《中小型电机技术情报》,1977年更名为《中小型电机》,2005年更名为《电机与控制应用》。期刊由上海电器科学研究所(集团)有限公司主办,旨在发表与电气领域相关的各科研领域尖端成果。《电机与控制应用》是中国学术期刊综合评价数据库来源期刊,且被中国学术期刊(光盘版)全文收录。连续多年被中文核心、科技核心等中国核心数据库收录,近年还被DOAJ数据库、Research4Life、ICI world of Jourmals (哥白尼索引期刊数据库波兰)、ICI Journal Master Lister (哥白尼精选数据库,波兰)、EuroPub (英)、JST日本科学技术振兴机构数据库(日)和Pж(AJ) 文摘杂志(俄)等国外数据库收录,影响因子逐年稳步提升。本刊每月10日出版,国内外公开发行,邮发代号4-199。
      《电机与控制应用》已在编委会汇集了来自国内头部高校的78位业界知名专家学者,其中包括多名中外院士及IEEE、IET等知名国际学会终身会士(Fellow)。
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    2025,52(1):1-11, DOI: 10.12177/emca.2024.153
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    【目的】针对双馈直线电机(DFLM)在交流励磁下的动子振动问题,本文提出了一种基于滤波-x最小均方(FxLMS)算法的自适应补偿控制方法,旨在提高DFLM的动态性能和运行稳定性。【方法】首先,对DFLM在交流励磁条件下的电磁振动机理进行了深入分析,通过建立五相20槽DFLM交流励磁两点受力模型,研究了由交流励磁引起的俯仰力矩的产生机理。然后,基于该机理分析,引入了FxLMS算法作为核心控制方法,依靠闭环反馈控制自适应地注入谐波电流,从而有效抑制周期性振动。最后,为进一步提升控制效果,提出了一种基于动子励磁电流电角度的前馈补偿控制方法,提升了系统的动态响应能力。【结果】为了验证所提方法的有效性,进行了仿真分析和试验验证。基于Matlab/Simulink平台建立了DFLM的动态模型,对比分析了引入自适应补偿控制前后的动子振动响应。仿真结果表明,基于FxLMS算法的自适应补偿控制方法在动子垂向振动抑制方面取得了显著效果;前馈控制的引入,改善了控制系统的动态性能,减轻了反馈控制的调节压力。为了进一步验证算法的实际应用性能,本文搭建了试验平台,并在不同的运行条件下进行了试验测试。试验结果表明,本文所提的基于FxLMS算法的自适应补偿控制方法能够显著降低交流励磁引起的动子垂向振动。【结论】基于FxLMS算法的自适应补偿控制方法利用FxLMS算法的自适应特性,结合前馈补偿策略,在不改变原有闭环控制结构的前提下,有效解决了DFLM交流励磁过程中产生的振动问题,显著提高了DFLM的运行稳定性和控制精度,为DFLM的高性能控制提供了一种新的解决方案。
    2025,52(1):12-21, DOI: 10.12177/emca.2024.155
    摘要:
    【目的】永磁同步电机(PMSM)因其功率因数高、结构简单和动态性能好等优势在风力发电、电动汽车领域得到广泛应用。然而,PMSM在运行过程中由于驱动器损坏、定子绕组接线松动等原因可能会导致缺相故障,PMSM缺相运行时会产生噪声和振动,导致输出功率降低,并且长时间缺相运行会损坏电气设备,因此对其进行准确的故障诊断对于保障设备的正常运行至关重要。【方法】本文提出了一种基于改进经验小波变换(IEWT)和分类提升(CatBoost)算法的故障诊断策略,并将其应用于六相PMSM缺相故障诊断。首先,介绍了IEWT算法的基本原理,IEWT算法在Welch功率谱曲线上进行频谱分割,相较于经验小波变换(EWT)算法,能有效抑制模态混叠;然后,对PMSM故障信号进行IEWT分解得到各个模态分量,利用各个模态的能量矩表征故障信号,构建故障分类数据集;最后,基于算数优化算法,取数据集的80%作为训练集对CatBoost算法进行超参数调优,选择合适的超参数构建CatBoost故障分类模型,并与其他传统分类模型进行对比。【结果】试验结果表明,本文所提基于IEWT和CatBoost算法的故障诊断策略有效抑制了传统EWT算法中因主频附近旁瓣过大导致的错误分段现象,提高了故障分类的准确率。与传统分类模型相比,CatBoost多分类模型能够更加准确地识别故障类别,且在每种故障类别上的分类性能表现均衡,泛化能力更强,在不同的故障工况下均有良好表现。【结论】试验结果验证了本文所提故障诊断策略在六相PMSM缺相故障诊断上的可行性和有效性,为后续六相PMSM容错控制以及综合故障检测技术提供了支撑。
    2025,52(1):22-35, DOI: 10.12177/emca.2024.147
    摘要:
    【目的】针对航空发电机电枢绕组匝间短路故障诊断问题,本文提出一种基于卷积神经网络(CNN)和压缩-激励(SE)注意力机制以及双向长短期记忆(BiLSTM)网络的诊断方法,以提高电枢绕组故障诊断的有效性和鲁棒性。【方法】首先,建立了电励磁双凸极发电机(DSEG)电枢绕组匝间短路的等效解析模型,采用发电机机壳表面振动信号作为故障特征信号,对影响振动特性的气隙磁密和电磁力波的表达式进行了理论推导。然后,通过Workbench有限元软件仿真分析了各种短路条件下电磁力波对振动特性的影响。最后,对振动信号进行采集,将其作为实际试验数据并提取相关故障特征,通过将这些提取的特征输入CNN-SE-BiLSTM,系统有效地实现了故障诊断。其中,CNN和BiLSTM网络可以有效提取振动信号中的局部特征和时序特征;SE注意力机制可以进一步优化特征权重分配,通过选择性放大相关诊断特征,显著增强了模型的故障诊断能力。【结果】试验结果表明,所提基于CNN-SE-BiLSTM的故障诊断方法在多种工况下对电枢绕组匝间短路故障的诊断准确率均超过99%,且在噪声环境中仍能表现出良好的诊断性能。与传统诊断方法相比,所提方法在各种转速和负载条件下具有更强的抗干扰能力、更高的故障识别精度以及更快的诊断速度,进一步验证了该方法在航空航天发电机复杂工况下的适用性。【结论】本文所提CNN-SE-BiLSTM诊断方法有效提高了DSEG系统的故障诊断效率和准确性。通过将用于空间特征提取的CNN、用于选择性特征加权的SE注意力机制以及用于捕捉综合时间信息的BiLSTM相结合,该方法为诊断匝间短路故障提供了一种精简而高效的解决方案。
    2025,52(1):36-51, DOI: 10.12177/emca.2024.150
    摘要:
    【目的】随着不可再生资源的日益枯竭以及环境污染问题的不断加剧,新能源汽车成为当下汽车行业的重要发展方向,而驱动电机是决定新能源汽车性能好坏的关键部件。【方法】本文概述了新能源汽车驱动电机技术现状,介绍了新型混合励磁技术及其在新能源汽车驱动电机上的应用,并对新能源汽车驱动电机技术发展进行了展望。【结果】首先,介绍了直流电机、交流异步电机、开关磁阻电机以及永磁同步电机四种现有的新能源汽车驱动电机,在对现有驱动电机优缺点分析的基础上引出了性能更高、更加适配新能源汽车的混合励磁电机;其次,对混合励磁电机驱动技术原理进行了介绍,混合励磁电机内同时存在永磁励磁和电励磁两种磁势源,二者共同控制和调节电机的气隙磁场,具有结构形式多样、功率密度高和转速范围宽的优势,在新能源汽车驱动电机等宽范围调磁领域具有重要的应用价值;再次,从永磁体放置位置出发,对转子永磁型和定子永磁型两种不同结构的混合励磁电机进行了详细阐述,在此基础上,归纳出混合励磁技术的控制策略,并对其在新能源汽车上的应用进行了简述;最后,对新能源汽车驱动电机未来的发展趋势进行了分析与展望。【结论】综合对四种新能源汽车常用电机优缺点的分析以及混合励磁技术的现状,表明混合励磁技术在新能源汽车驱动电机领域有很强的应用前景。电机未来的发展趋势进行了分析与展望。
    2025,52(1):52-63, DOI: 10.12177/emca.2024.143
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    【目的】可再生能源出力具有随机性和波动性,直接并入电网会对其稳定运行产生影响。为了改善可再生能源发电系统的并网特性,引入了混合储能系统(HESS)。为了充分发挥直流微网中HESS的能量密度和功率密度优势,本文提出了一种基于模糊逻辑的变时间常数二阶高通滤波控制策略。【方法】首先,构建了光伏混合储能直流微网模型。然后,根据功率平衡关系设计了微网的功率分配策略,并根据各单元的特性设计了对应的控制策略。光伏发电单元采用模糊控制以实现最大功率点的快速跟踪,提高光伏发电单元的能源利用率。并网逆变器采用电压外环、电流内环的双闭环控制方式,以保证直流微网向配电网输送稳定的电力。设计了基于模糊逻辑的变时间常数二阶高通滤波方法,对HESS的功率进行分频分配,以提高直流微网中不平衡功率的分配精度。最后,基于Matlab/Simulink搭建了光伏混合储能直流微网仿真模型来验证所提控制策略的有效性。【结果】从HESS功率、直流母线电压以及超级电容荷电状态等方面对所提模糊变时间常数二阶高通滤波控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明,模糊变时间常数二阶高通滤波控制不仅能够实现直流微网不平衡功率在HESS中的分频分配,改善系统长时间运行导致的超级电容过充过放的状况,保障超级电容的性能稳定,延长其使用寿命,还能显著降低并网电流的总谐波失真。【结论】本文所提控制策略提高了光伏混合储能直流微网的运行可靠性和稳定性,为电网的高质量运行提供了有力保障。
    2025,52(1):64-73, DOI: 10.12177/emca.2024.146
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    【目的】针对永磁同步电机(PMSM)系统开路故障诊断方法中电流检测法在利用归一化电流平均值进行开路故障检测和定位时需要根据经验设置故障诊断阈值的问题,本文提出了一种基于电流矢量分析的自适应诊断阈值方法。【方法】通过Park归一化电流平均值对绝缘栅双极晶体管(IGBT)开路故障进行诊断。首先,根据归一化三相定子电流的平均值得到了故障检测变量,利用归一化三相定子电流的绝对平均值建立故障诊断自适应阈值,从而确定故障诊断准则,实现故障的检测和定位。然后,介绍了冠豪猪优化(CPO)算法和最小二乘支持向量机(LSSVM),并以LSSVM作为基础故障分类模型,把故障检测变量作为故障分类模型的故障特征向量,利用CPO算法对LSSVM分类模型进行优化。最后,基于Matlab/Simulink搭建IGBT开路故障诊断的仿真模型,并利用优化后的故障分类模型对本文所研究的四类故障进行分类预测。【结果】仿真结果表明,在IGBT发生开路故障后由Park矢量模值归一化的三相定子电流的绝对平均值所建立的故障诊断自适应阈值会随着不同开路故障类型中故障IGBT的位置自适应地发生变化,经CPO算法优化后的LSSVM分类模型的故障分类准确率达到了99.21%。【结论】本文所提方法不仅能够弥补电流检测法的不足,还具有较高的故障分类准确率,在IGBT开路故障分类方面具有明显的优势且能够获得最佳故障诊断性能。
    2025,52(1):74-83, DOI: 10.12177/emca.2024.151
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    【目的】永磁屏蔽电机被广泛应用于对密封性和稳定性要求较高的领域,通常采用变频器给电机供电,而变频器供电时产生的时间谐波电流会导致电机性能恶化。因此深入研究时间谐波电流对电机性能的影响,对于优化电机设计、确保变频器供电时电机的稳定运行至关重要。【方法】基于有限元法进行建模,以一台额定功率1.5 kW、额定转速9 000 r/min的永磁屏蔽电机为研究对象。对比分析了SUS304、SUS316和SUS430三种屏蔽套材料的永磁屏蔽电机在不同幅值的5次、7次时间谐波电流激励下的永磁体涡流损耗、屏蔽套损耗、转矩特性、效率以及功率因数。【结果】仿真结果表明:谐波激励的注入显著影响了电机损耗;随着谐波次数和谐波幅值的增加,永磁体涡流损耗和屏蔽套损耗均呈上升趋势,尤其是使用SUS430屏蔽套时,由于其较高的电导率和磁导率,导致涡流损耗增幅最大;谐波电流对平均转矩的影响很小,但转矩波动随着谐波次数和谐波幅值的增加而显著变大,而SUS430材料因其较高的磁导率能够有效地降低磁路中的磁阻,从而转矩波动最小;电机的功率因数变化较小,而效率随谐波幅值增加逐渐下降。【结论】本研究揭示了变频器供电引起的时间谐波电流对永磁屏蔽电机性能的影响规律,包括永磁体涡流损耗和屏蔽套损耗的增加、转矩波动的增大以及效率的下降;不仅为永磁屏蔽电机优化设计和谐波抑制提供理论依据,还对提高永磁屏蔽电机在实际应用中的性能与可靠性具有重要的参考价值。
    2025,52(1):84-93, DOI: 10.12177/emca.2024.149
    摘要:
    【目的】磁通切换磁悬浮直线电机(FSMSLM)散热空间狭小、发热源集中,极易引起电机温升,从而影响其运行。通过计算电机各部件的损耗,对电机进行温度场仿真,以此有针对性地设计冷却系统以保证电机的散热。【方法】首先,介绍了FSMSLM的结构和工作原理,并通过计算得到了FSMSLM的各部件损耗和生热率。然后,建立了FSMSLM温度场数学模型,根据经验公式求得了电机各部件的导热系数,并通过外流场仿真分析结合经验公式得到了相关表面的对流换热系数。最后,通过有限元仿真得到了FSMSLM在额定工况下的整体温度分布和关键部件的温度分布,基于温度分布和FSMSLM结构特性分别设计了串联型水冷管道和并联型水冷管道两种冷却装置,并利用CFD软件对加装冷却系统后的FSMSLM温度场进行仿真。【结果】仿真结果表明:发热集中在绕组部分;额定工况下FSMSLM整体温度处于200.29 ℃~209.68 ℃之间,超出H级绝缘材料的最高允许工作温度180 ℃;加装管口高度为10 mm的并联型和串联型水冷管道后,电机的最高温度分别降为79.70 ℃和61.48 ℃;管口高度为20 mm的水冷管道比10 mm的管道冷却效果提升了8%左右,管道内压力差降低了50%以上;在同一入口水流速度下串联型水冷管道冷却效果更好,冷却效果比并联型水冷管道提高了约8.7%,但其进出口压差约为并联型水冷管道的6倍~8倍。【结论】仿真验证了冷却系统的必要性,综合考虑冷却效果和经济性,选择管口高度为10 mm的并联水冷管道作为FSMSLM的冷却系统。
    2025,52(1):94-105, DOI: 10.12177/emca.2024.145
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    【目的】为提高永磁同步电机(PMSM)调速系统的抗干扰能力,本文提出了一种具有固定开关频率的带扰动补偿的预测速度控制(PSC)策略。其中,速度环采用PSC,并对扰动进行补偿;电流环采用比例积分(PI)控制。【方法】首先,依据PMSM的机械运动方程推导出实现参考速度的q轴给定电流。为了更精确地跟踪给定q轴电流,本文采用机械运动方程的二阶泰勒展开式,其精度高于一阶前向欧拉离散化。其次,传统的滑模观测器依靠较大的开关增益来确保观测误差在有限的时间内收敛为零,但较大的开关增益会带来严重的抖振现象。因此,本文提出了一种改进的滑模扰动观测器(SMDO),其在Luenberger观测器的基础上增加了一个额外的开关项,不需要很大的开关增益。然后,为了进一步提高PSC的抗干扰性能,在PSC反馈部分的基础上引入了前馈干扰补偿,提出了PSC+SMDO的控制方法。最后,在以dSPACE DS1103为控制核心的试验平台上进行试验。【结果】试验结果表明:所设计的改进SMDO能够准确估计负载扰动,并将扰动信息实时反馈给速度控制器,实现无稳态误差运行;所设计PSC+SMDO速度控制器具有较强的抗干扰性能和跟踪性能,在参数摄动时,基于自抗扰控制(ADRC)的速度控制器受参数变化影响,而PSC+SMDO速度控制器仍能保持良好的鲁棒性;在PSC+SMDO速度控制器下,电机a相电流总谐波失真(THD)为3.44%,分别比PSC、ADRC速度控制器下的a相电流THD低2.21%、4.69%。【结论】与PSC、ADRC以及PI控制器相比,所设计的PSC+SMDO控制器能很好地提高PMSM调速系统的动态响应性能和抗干扰性能。
    2025,52(1):106-114, DOI: 10.12177/emca.2024.154
    摘要:
    【目的】磁通切换直线电机(FSLM)磁悬浮系统是一个非线性、强耦合、参数时变系统。由于FSLM缺乏中间传动装置,外部扰动和直线电机固有的端部效应使磁悬浮系统的控制变得更加困难,为提升磁悬浮系统的控制性能,提出一种区间二型模糊超螺旋滑模控制(IT-2FSTSMC)策略。【方法】首先,根据FSLM的结构特点和运行原理,建立了磁悬浮系统的数学模型,选择非线性变换坐标建立了FSLM磁悬浮系统的仿射非线性数学模型。其次,设计了新型积分滑模面,该滑模面能够自适应地调节状态变量的收敛速度,从而有效提升系统的响应性能;并采用超螺旋算法以降低常规滑模的抖振,实现更快的收敛速度。然后,为了进一步降低抖振,增强系统对不确定性扰动的鲁棒性,采用区间二型模糊系统对超螺旋滑模切换增益进行整定。最后,通过仿真将本文设计的IT-2FSTSMC策略和超螺旋滑模控制(STSMC)策略以及区间一型模糊超螺旋滑模控制(IT-1FSTSMC)策略进行对比分析。【结果】仿真结果表明,本文设计IT-2FSTSMC策略相较于STSMC策略和IT-1FSTSMC策略,空载启动时的调节时间分别降低了63.5%和55.7%;突加负载时系统的磁悬浮高度动态降落分别降低了39.3%和15%,且恢复时间更短;在面对不确定性扰动时,IT-2FSTSMC表现出更强的鲁棒性,有效削弱了滑模控制中的抖振,提升了系统的稳定性和动态性能;在抑制端部效应方面,IT-2FSTSMC优于其他两种控制策略。【结论】本文所设计的IT-2FSTSMC策略显著改善了FSLM磁悬浮系统的性能,且能够满足控制需求。
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    2019,46(9):85-94, 110, DOI:
    [摘要] (523) [HTML] (0) [PDF 923.86 K] (16339)
    摘要:
    风电场的大规模接入对电网暂态稳定性造成的影响不容忽视。以含双馈风电机组的扩展两机系统为例,建立了双馈风机等值模型,将两机系统等值成单机无穷大系统,依据等面积法则详细推导了风电接入后系统极限切除角的解析式,进而定量分析了极限切除角随风电比例、风机并网位置、故障位置和负荷接入位置等4个影响因素的变化趋势,总结出4种影响因素对暂态功角稳定性的影响规律。在BPA和FASTEST中分别建立含双馈风机的扩展双机系统的仿真模型,对理论分析工作的正确性进行了仿真验证。
    2017,44(6):8-12, DOI:
    [摘要] (695) [HTML] (0) [PDF 484.50 K] (11209)
    摘要:
    多电机同步协调系统在电机控制领域得到广泛运用,控制策略对多电机同步系统的性能起着决定性作用。针对多电机同步问题,国内外学者进行了深入研究,并提出了多种同步控制策略。综述近年来国内外提出的控制策略,对控制对象的跟踪精度、鲁棒性、抗负载能力等进行比较分析,在此基础上对多电机同步控制提出新的展望。
    2017,44(6):1-7, 18, DOI:
    [摘要] (532) [HTML] (0) [PDF 569.99 K] (8165)
    摘要:
    轮毂电机驱动技术代表着新能源汽车驱动系统的重要发展方向。介绍了轮毂电机驱动电动汽车的特点,总结了轮毂电机驱动技术要求及驱动形式,简要对比分析了国内外轮毂电机驱动形式的研究概况。提出了轮毂电机驱动技术亟待解决的关键问题,探讨了降低非簧载质量、抑制垂向振动效应、降低轮毂电机转矩脉动等方面的核心技术,预测了轮毂电机驱动技术的发展趋势。
    2024,51(9):70-79, DOI: 10.12177/emca.2024.090
    [摘要] (127) [HTML] (0) [PDF 603.54 K] (7874)
    摘要:
    针对永磁辅助同步磁阻电机(PMA-SynRM)转矩脉动大的问题,提出了一种基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)的PMA-SynRM多目标优化设计方法。首先,介绍了PMA-SynRM的基本结构与工作原理;其次,通过构建空气磁障、设计不对称辅助槽对PMA-SynRM转子结构进行改进;然后,通过灵敏度分析选出了对PMA-SynRM优化目标影响较大的参数,通过NSGA-II进行多目标寻优,从生成的Pareto前沿中选择最优拓扑结构;最后,通过有限元软件,对优化后电机与初始电机的转矩性能进行分析。仿真结果表明,基于NSGA-II优化后的PMA-SynRM其性能得到了显著提高。
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