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电机与控制学报 2008年第05期杂志 文档列表

磁悬浮反作用飞轮电机滑模变结构控制487-492

摘要：针对反作用飞轮大惯量、受多种干扰力矩综合作用的特点和采用传统控制方法很难满足其动态品质和扰动抑制能力要求的问题，对卫星高精度姿态控制系统中的磁悬浮反作用飞轮电机进行系统分析与建模，并依据变结构控制理论提出一种双滑模面变结构控制方法，控制器的设计满足以李导数形式表达的到达条件。仿真结果表明：与经典PID控制器相比双滑模面变结构控制器具有超调量、稳态误差小，响应速度快、扰动抑制能力强的优点；与单滑模面变结构控制器相比双滑模面变结构控制器有效的抑制了滑模抖振，减小了系统的超条量和稳态误差。双滑模面变结构控制提高了磁悬浮反作用飞轮电机的动态性能和控制系统的抗干扰能力，对于实现卫星高精度、高稳定度控制具有重要意义。

双馈风力发电机三相短路电流分析493-497

摘要：为了研究双馈风力发电机纽的低电压穿越控制问题，分析了双馈风力发电机定子端三相短路时短路电流的产生机理，给出了双馈风力发电机在空载同步转速条件下的定转子短路电流的近似解析表达式。在此基础上，根据双馈风力发电机内部的电磁关系，分析了发电机故障前不同转速、输出有功功率及无功功率等运行状态对双馈发电机短路电流的影响。在理论分析的基础上，建立了3MW双馈风力发电机的模型，对发电机定子端三相短路故障状态进行了仿真研究。仿真结果表明：通过定转子短路电流的近似解析表达式和发电机故障前的初始状态可以有效对双馈发电机短路电流进行定性分析，为进一步研究双馈风力发电机的低电压穿越能力提供了理论依据。

永磁同步电机转子磁位自检测复合方法498-503

摘要：针对永磁同步电机转子磁位和速度检测问题，提出了将脉振高频电压信号注入法和模型参考自适应法有机结合的新型无速度传感器的复合方法，建立了无传感器矢量控制系统。通过设计速度切换器，实现了两种方法间的平滑切换。解决了单一方法不能在全速度范围内同时兼顾良好的动态、稳态性能的问题，使系统实现了包括初始磁位在内的转子位置和速度的精确检测和控制。仿真结果表明，该复合方法能可靠的实现永磁同步电机全速度范围内的起动和运行。系统具有优良的动态、稳态性能。

PWM整流器的改进虚拟磁链定向矢量控制504-508

摘要：针对PWM整流器虚拟磁链定向矢量控制（VFOC）策略中存在因积分初始值选取不当造成的直流偏移问题，设计了改进的带饱和限幅反馈环节积分器的虚拟磁链观测器。对基于纯积分器、惯性环节以及所提出改进方法的3种虚拟磁链观测器进行了对比分析，并给出了基于改进VFOC的PWM整流器系统的仿真与实验波形。结果表明，所提出改进方法在任意交流电压初始相位情况下均很好地观测出了虚拟磁链，证明了所提出的改进控制策略的正确性和可行性。

大型蒸发冷却汽轮发电机定子绕组温度计算509-513

摘要：在介绍了利用汽化潜热进行热交换实现电机定子绕组蒸发冷却的工作原理基础上，说明了电机定子铁心采用全浸式与绕组强迫内冷结合的新型蒸发冷却技术，不仅其绕组温升低，而且冷却介质单一，可以为电机的运行提供安全、可靠和高效的绝缘环境及冷却效果。并以300MW汽轮发电机设计数据为依据，根据空心股线内部介质两相流动特性，对空心股线内介质两相流动阻力、蒸发点位置等参数进行计算，分析了定子绕组温度沿轴向温度分布情况以及负荷变化对温度的影响。将试验值进行对比分析，验证了蒸发冷却技术在汽轮发电机上应用的可行性，同时为进一步应用于大型发电机提供理论依据。

永磁同步电动机的无抖振滑模控制系统设计514-519

摘要：针对永磁同步电动机位置伺服系统，基于同步旋转坐标系下永磁同步电动机精确的数学模型，利用矢量控制技术，设计了位置／电流双闭环解耦控制结构，以实现转矩线性化控制，简化控制器设计。结合高阶滑模和非奇异终端滑模的控制思想，利用鲁棒微分估计器技术，分别提出了位置环和电流环的高阶非奇异终端滑模控制方案，在保证控制系统全局非奇异和稳定性情况下，可消除控制信号的高频抖振，提高系统的动态响应速度和控制精度，实现系统强无抖振的滑模控制。提出一种自适应负载转矩估计方法，解决了未知负载扰动系统的鲁棒控制问题。仿真结果证明所提控制方法的有效性和可行性。

一种削弱永磁同步电动机齿槽转矩的方法520-523

摘要：为了研究实心转子永磁同步电动机的削弱措施，结合永磁电机永磁体极弧系数和永磁体不对称放置的方法，提出了一种仅改变实心转子非磁性槽楔的齿槽转矩削弱方法。通过非磁性槽楔的变化改变一个磁极的极弧宽度，其余磁极宽度不变，同时保持各个非磁性槽楔的宽度相同，通过合理的选择槽楔的形状和宽度，可以非常有效地削弱齿槽转矩。通过解析法研究了采用该方法后实心转子永磁同步电动机齿槽转矩的表达式，得到了永磁体剩磁平方的傅立叶分解表达式。据此得到了磁极的两种极弧宽度和磁极间距大小与齿槽转矩的关系式和磁极极弧宽度的确定方法。该方法仅改变了槽楔的形状，对电机结构影响较小，且合适板弧宽度组合较多，有限元验证表明该方法可有效地削弱齿槽转矩。

PMSM扩展状态滑模观测器及转子位置和速度估算524-528

摘要：针对永磁同步电机（PMSM）反电势滑模观测器抖振问题，提出一种基于电流和磁链为变量的PMSM扩展状态方程的自适应滑模观测器。以实际电流与观测电流之差构成滑模面，当滑模运动发生时，电流观测误差为零，等效控制信号包含磁链误差相关信息。通过反馈矩阵将等效信号输入到磁链观测方程中，磁链观测误差渐进收敛到零。在磁链观测结果中，抖振现象被很好的抑制，转子角度可以由磁链直接计算。分析了速度估计误差对磁链观测影响，并以此为基础进行反馈矩阵的计算。建立了速度自适应率，并采用Lyapunov方法证明了算法的收敛性。仿真和实验结果表明，通过该观测嚣和速度辨识方法能够准确计算出电机角度和速度，具有良好的稳态精确度和动态性能。

适用于小容量独立电源系统的APF控制策略529-533

摘要：针对小容量独立电源系统电源受负载影响比较大的特点，提出了一种有源电力滤波器（Active Power Filters，APF）的电流基准产生方法，并对APF直流侧稳压问题进行了详细的分析，推导了传递函数，得到了数学模型。对采用本文提出的电流控制策略的APF进行了仿真研究并制作了实验样机，通过仿真和实验验证了该控制策略应用于小容量独立电源系统APF的正确性和可行性，实验结果同时证明了采用该控制策略后APF具有良好的动态和稳态性能。

位置信号延时对牵引力控制性能的影响分析534-538

摘要：为了研究高速磁悬浮列车牵引控制技术，获得高性能的动静态控制性能，针对高速磁悬浮列车位置检测传输的特殊性，介绍了位置检测系统的基本构成，分析了位置信号延时产生的原因。依据交流电机磁场定向控制原理以及自动控制理论，推导了长定子直线同步电机牵引控制系统传递函数及其状态方程，分析了位置信号检测延时对牵引力控制动静态性能的影响。结果表明位置信号检测延时会造成系统稳态下牵引力损失，导致控制系统动态性能变坏，系统运行带宽减小。

采用复合控制的直流力矩电机摩擦补偿539-544

摘要：针对陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性动态摩擦和负载扰动，为提高转台位置跟踪精确度，采用复合控制方法进行摩擦补偿研究。在转台直流电机系统中，电机模型采用简化的二阶线性直流电机模型，摩擦模型采用摩擦参数为非一致性变化的动态摩擦模型。补偿方法包含一个参数自适应律和CMAC神经网络，用于估计未知模型参数、辨识位置周期摩擦扰动并给与补偿。仿真结果表明，复合控制补偿方法保证了闭环系统全局稳定性和对期望位置信号的渐进跟踪，提高了转台位置跟踪精确度。

笼形转子无刷双馈电机启动特性分析545-549

摘要：无刷双馈电机在启动过程中受到功率绕组和控制绕组产生的异步转矩的综合作用，使得电机启动过程比较复杂，而采用合理的启动方法是改善BDFM启动性能的根本途径。在Matlab／Simulink环境下，利用BDFM的转子速坐标系下的d-q数学模型，对BDFM在不同启动方法下的启动性能进行了仿真分析，对比研究了异步启动、直流同步、亚同步以及超同步过渡过程中电流等参数的变化规律。研究结果表明：采用单馈异步启动的方法容易实现。但可能会产生较剧烈的振荡或失步现象，转动惯量和负载转矩等参数会影响电机异步启动后的稳定速度。双馈变频启动方法虽可实现平稳启动，但控制复杂。

永磁直线同步电机出入端磁阻力齿槽分量分析550-554

摘要：采用有限元法及间接法对PMLSM的动子在出入端时的磁阻力的齿槽分量进行分析。实际物理模型的初级铁心被分解为不合齿槽和包含齿槽但不包括端部的两FEA模型；采用间接法研究PMLSM原始模型及改变PMLSM的端部半填槽槽形后对电机动子在出入端处磁阻力齿槽分量的影响和变化规律。将分析结果与实验数据进行了比较，验证了方法的正确性及有效性，为PMLSM的性能研究及电机设计提供了理论。

自动离合器位置跟踪神经元自适应PID控制555-560

摘要：针对自动离合器位置难以准确快速跟踪控制的问题，在采用蜗卷弹簧作为补偿装置改善驱动机构性能基础上，设计了一种具有前馈作用的增益可调神经元自适应PID控制器，利用前馈控制加快控制器的响应速度，利用神经元的自学习功能实现权值的自动调整，采用PSD算法实现增益的自动调整。实验结果表明，与常规控制器相比，该控制器用于离合器位置跟踪控制动、静态误差小，能够适应离合器负荷和目标接合速度的非线性变化，具有较好的鲁棒性，能够满足离合器位置跟踪控制要求。

水中交流电弧伏安特性仿真561-565

摘要：为了在流动的水中产生交流电弧对废水进行处理，设计了实验系统及测试电路，建立了适合水中交流电弧的动态模型。将经典的Mayr和Cassie电弧微分方程模型以串联电阻的方式联合起来，针对水介质的特点引入了最小电导参数，确立了模型参数的求解方法。并将电孤数学模型转化为电路模型，对电弧的动态伏安特性进行了仿真。仿真结果表明：实测与仿真的电弧电压、电流波形基本一致；水中交流电弧放电过程存在气液两相放电，但稳定的电弧放电实质上发生在水蒸气中；稳定燃弧电压为100V，电流自然过零时存在1～2ms的熄弧时间；熄弧时段内，电流接近于零并且变化缓慢，电压则迅速升至约1500V使电弧重燃。

直接转矩控制系统中减小转矩脉动方案的比较566-570

摘要：采用离散空间矢量调制（DSVM）和转矩预测技术减小感应电机直接转矩控制系统（DTC）低速时的转矩脉动，为了系统实现时编程简单，对DSVM的开关表进行了优化，将每个采样周期分为3个相等的时间段，每个时间段中作用一个电压矢量，采用单一非零电压矢量与零电压矢量的组合来代替非零电压矢量与非零电压矢量的组合，简化了开关表，降低了开关频率，保证了低速时的带载能力。在此基础上将DSVM与转矩预测进行了实验对比。实验结果表明：与转矩预测相比，开关表优化后的DSVM在减小低速时的转矩脉动，改善电流和磁链波形方面取得了更好的控制效果，且保持了转矩动态响应快的优点。

哈密尔顿系统的无源性控制设计571-575

摘要：无源性控制（PBC）是非线性控制的一个新的方向。不过对无源性控制一般都是定性的讨论。本文给出了一种与无源性控制结合的定量化方法。为求解无源性控制中的偏微分方程，需要先将非线性系统的数学模型转化成Hamilton模型。文中以一个磁悬浮系统的无源性控制为例，说明了这个Hamilton系统偏微分方程的求解方法，并给出了无源性控制律。本文的方法为非线性控制提供了一个实用的设计工具。

高精确度飞行仿真转台内框控制摩擦补偿研究576-579

摘要：为了实现高精确度飞行仿真转台直流力矩电机驱动内框的低速伺服目标，提出了在输入前馈和闭环PID控制的复合控制基础上构建Stribeck摩擦模型的等效控制电压模型进行摩擦超前补偿策略。首先针对转台内框伺服特性分析设计了复合控制策略；其次针对常规基于Stribeck模型摩擦补偿方法的不足和实验法辨识模型参数难的特点，提出利用转台内框本身的部件直接测定摩擦超前补偿的控制电压模型，并给出了3个关键参数的测定办法；最后将设计好的控制器用于内框低速伺服。实验结果表明，系统响应幅值为0．03^o，频率为0．0005Hz三角波时跟踪误差在95％时间内在0．0001^o内，并对其他形式信号也有很高的动态跟踪精确度，从而证明在以非线性摩擦为主的扰动条件下所设计的控制策略能实现内框高品质低速伺服。