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电机与控制学报 2010年第04期杂志 文档列表

双端口多功能交-直流双PWM变流器控制策略1-8

摘要：针对传统中大功率密度的交-直流PWM变流器存在输出直流电压降压困难、电路设计复杂的问题,提出一种以三相交-直流变换和三重化直-直流变换为核心的交-直流双PWM变流器电路拓扑。在分析其工作原理,建立数学模型的基础上,综合运用软件锁相技术,瞬时无功理论,正序、负序、零序分解理论,自动限流及均流控制。同时采用交流电网和（或）直流电网双端口供电方式,实现交直流能量的双向流动。在理论分析和仿真研究的基础上,完成了380 kW原理样机的研制。样机实验结果表明：采用该控制策略的双PWM变流器具备了充电器、不间断电源、无功补偿器等多种功能,同时输出直流电压调节范围宽、电路设计简洁且具有扩展性。

嵌入式永磁同步电机自适应在线参数辨识9-13

摘要：针对嵌入式永磁同步电机参数辨识问题,提出一种自适应在线参数辨识方法,可在同一模型中对定子电阻、d轴电感、q轴电感和永磁体磁链进行辨识。该方法基于模型参考自适应系统,在同步旋转d-q坐标系下,构造出q轴电流自适应观测器,利用q轴电流观测误差,借助Lyapunov超稳定理论建立参数的辨识模型并推导出待辨识参数的自适应律,保证了特定条件下系统的稳定性和辨识参数的收敛性,解决了参数在线辨识算法的鲁棒性差、算法复杂等问题。仿真和实验结果表明,辨识参数能够在较短的时间内收敛到真实值附近,并且具有较小的误差。

径向驱动式啮合电机建模与仿真研究14-19

摘要：针对一种改进的径向驱动式啮合电机结构,采用有限元方法分析了磁场特性,依据有限元计算结果建立电机的非线性分析模型,将模型与控制协同对径向驱动式啮合电机的动态特性进行仿真分析。研制与仿真模型结构参数完全相同的物理样机,采用不同的控制方式和负载转矩对样机进行加载实验。结果显示：实测负载转矩与仿真分析得到的负载转矩较为接近,从而验证了有限元仿真模型的准确性和有效性;在开环控制时,细分磁极换相控制节拍,并且调整绕组电压能够有效增大输出转矩和减小脉动。

双馈风力发电机变流器前馈二维模糊自整定PID控制20-24

摘要：针对双馈风力发电机（DFIG）变流器直流母线电压稳定性问题,采用转子电流空间（综合）矢量模值变化率（dAir/dt）在线修正PID参数的模糊自整定PID方法,建立了基于该控制策略的变流器系统模型,并给出了在电网电压跌落扰动及工作状态切换扰动下,变流器直流母线电压的仿真曲线。结果表明相对于普通PID及普通模糊自整定PID控制器,基于dAir/dt的模糊自整定PID控制器进一步改善了变流器直流母线电压的稳定性,并且该新型控制器具有易于实现,不增加硬件成本的优点,因此,具有很好的工程应用前景。

容错逆变器PMSM无位置传感器控制系统25-30

摘要：为了提高系统的可靠性,针对系统中的功率管和位置传感器等脆弱环节,提出一种容错逆变器-永磁同步电动机无位置控制系统结构。系统中的逆变器采用容错拓扑结构,由四开关实现逆变器器件开路故障后的容错运行;自适应滑模观测器用于估算电机转子位置和转速,实现永磁同步电动机的无位置传感器控制。为减少四开关逆变器的输出谐波,对其SVPWM控制策略进行研究分析。对故障前后运行状况进行对比,仿真和实验结果证明所提出系统能够实现功率管开路故障后的可靠运行。

YKK系列高效高压三相异步电动机的优化设计31-35

摘要：按多规格电机共冲片的设计原则,以追求各规格电机的有效材料成本最低和运行效率最高为混合目标,建立了适用于系列电机优化设计的数学模型。结合电机设计的工程实际,对模拟退火算法进行了适应性的改进。应用所建立的模型和改进算法,对新型YKK系列中型高效高压电机进行了整体优化。计算结果表明,整个系列内各规格电机的效率都提高了1%以上,达到或超过高效电机标准。同时新系列型谱中不仅电机的规格数和容量有所拓展,与原系列相比相同容量的电机被安置在更低的中心高内,电机有效材料的用量也平均减少20%以上。即使考虑到新设计采用了好的导电、导磁和绝缘材料,优化设计的效果还是显而易见的。优化设计结果已经用于实际生产。

永磁电机齿槽转矩的谐波分析与最小化设计36-40

摘要：针对传统电机优化设计方法使用特殊形状的铁心或磁极,导致电机结构复杂、难以加工的问题,采用频谱分析的方法对内置式永磁电机和表贴式永磁电机的齿槽转矩进行研究。用有限元方法计算两种电机模型的齿槽转矩,进而由傅里叶变换得到其各次谐波的功率谱。理论分析表明,采用适当余数的分数槽电机可以消除齿槽转矩中的特定谐波分量;而优化极弧长度则可以使其谐波总量最小化。针对永磁电机齿槽转矩谐波分量较大的缺点,提出二者相结合的方法抑制永磁电机的齿槽转矩。有限元计算结果显示,优化设计后,齿槽转矩的幅值不足额定转矩的0.1%。

感应同步器测角误差的自动化检测与补偿41-45

摘要：针对感应同步器测角系统,提出了一种自动检测测角误差、辨识误差模型系数和补偿误差的方法。该方法由计算机自动采集自准直仪的数据,解决了以往人工记录引起的测量误差,提高了检测数据的准确性。采用最小二乘辨识方法,得到感应同步器测角误差模型的系数。根据误差模型及系数,采用软件进行误差补偿,有效地提高了测角系统的精确度。实验结果表明,该方法自动化程度高、检测数据残差小、误差补偿充分,显著地提高了测角的精确度。

失速型风电机组机网扭振的模型与机理46-51

摘要：指出了研究并网大型风力机组机网扭振问题的必要性,为研究风电机组的机网扭振问题,针对失速型异步风力发电机,建立了研究其风力发电机和电网之间扭振相互作用的统一动态模型。采用有限元方法分析了实际的叶片结构,将风力发电机叶片、低速轴、齿轮箱、高速轴、转子组成的旋转系统等效为三质量块-弹簧模型,同时建立了发电机定子和电网在d-q坐标系下的模型,实现了机网接口。仿真分析得到了风力发电机的旋转系统在电网三相故障激励下叶片的扭振曲线,其扭振频率与风机旋转系统的理论固有频率相同,且故障切除以后扭振现象并未衰减;为进一步研究抑制机网扭振的方法提供了理论基础。

三相PWM驱动电机系统干扰源的数学模型52-58

摘要：针对三相PWM驱动电机系统难以建立用于预测干扰的准确的高频干扰源数学模型这一问题,提出将整流桥和逆变器两个干扰源分开进行研究的方法。采用傅里叶变换法建立整流桥的干扰源模型,采用双重傅里叶积分法建立逆变桥产生的共模和差模干扰的干扰源数学模型,把PWM载波和基波用两个独立周期的时变函数来描述,将其共同作用的函数作为被积函数,并详细推导了正弦脉宽调制技术的内外积分线的确定过程。最后通过实验结果和仿真结果的比较,验证了所建立整流桥和逆变器的干扰源模型的正确性,因此该数学模型可作为三相PWM驱动电机系统的传导干扰预测的干扰激励源。

多断条笼型转子感应电动机导条电流分布59-65

摘要：为研究转子断条感应电动机的导条电流分布问题,采用基于拓展的综合矢量法建立了易于求解的数学模型。其数学模型的暂态及稳态仿真运行揭示了导条电流分布特征及最大导条电流与断条数量、相对位置的关系。结果表明,导条电流随空间变化的周期为一对极;具有最大电流的导条位置与断条相邻或相距一对极距;在多断条情况下,最大导条电流数值随断条位置而改变;当断条相对位置为一对极距时,最大导条电流达到相应断条数目的最高值;在特殊断条位置情况下,所有正常导条电流数值相等。所得研究结果有助于对感应电机在线故障诊断作正确评估。

定转子电阻在线辨识的感应电机转速估计方法66-71

摘要：针对感应电机参数变化导致转速估计不准的问题,提出了一种基于定、转子电阻在线辨识的模型参考自适应转速估计方法。该方法只需检测定子侧的电压和电流,在估计电机转速的同时,在线辨识定转子电阻,实时更新转速估计系统中受电机温升影响而变化的定子电阻和转子电阻,以保证转速估计的精确度;同时,辨识的转子电阻应用于矢量控制系统,确保系统获得良好的稳态和动态性能。仿真及实验结果表明,与未进行电阻在线辨识的转速估计方法相比,该方法具有较高的转速估计精确度,对参数变化的鲁棒性强,并适用于无速度传感器矢量控制系统。

PWM驱动系统中的共模电压及抑制72-79

摘要：针对PWM逆变器在工作时产生的共模电压可能损坏电机轴承,产生电磁干扰等降低系统可靠性的问题,对共模电压的特性及其负面影响进行了理论分析和实验验证,并得出共模电压的抑制方法。提出一种由一个单相逆变器和一个五绕组变压器组成的逆变器输出有源滤波器结构来消除共模电压。该滤波器可以构建一个与PWM逆变器输出的共模电压大小相等、相位相反的共模电压,通过五绕组变压器叠加到电机端,从而消除电机端的共模电压。由统一的控制单元同时输出PWM逆变器和单相逆变器的控制信号,给出滤波器的相关控制策略及设计方法。实验验证了所提出的滤波器消除共模电压及其负面效应的有效性。

多介质工频电场分析的快速多极子边界元法80-85

摘要：针对变电站关键设备工频电场计算存在计算效率低的问题,结合快速多极子法和边界元模拟电荷法提出一种快速计算多介质工频电场分布的方法。根据边界元模拟电荷法基本原理建立变电站关键设备工频电场计算模型。利用快速多极子法可以加速矩阵与向量乘积效率的特点,得到提高多介质工频电场分布的快速算法。并应用该方法具体计算500 kV变电站中开关场内刀闸周围的电场分布。结果表明：快速多极子边界元模拟电荷法的计算结果与积分工程软件的仿真结果的最大相对误差为8.1%。在满足工程误差允许前提下,该方法相对于传统边界元模拟电荷法运算速度快、内存消耗少、计算精确度高,适合于求解大尺度多未知量、多自由度的工频电场计算问题。

三相光伏并网Z-源逆变器的比例谐振控制86-91

摘要：将具有独特的X型网络的Z-源逆变器应用于光伏并网系统,利用逆变器桥臂直通状态实现直流侧升压。对Z-源逆变器的拓扑结构和工作原理进行了详细的分析;根据电网电压定向的控制策略结合比例谐振控制器,利用改进的空间矢量脉宽调制方法实现了逆变器并网控制,使Z-源光伏并网系统能够动态跟踪光伏电池最大功率点电压,输出电流和电网电压相位,实现单位功率因数运行和电流波形正弦化。仿真结果表明系统具有良好的静态和动态性能,验证了采用的系统结构和控制策略的有效性和可行性。

电力电子电路多源特征层融合故障诊断方法92-96

摘要：设计了一种多源信息特征层融合的故障诊断方法,应用在电力电子电路的诊断过程中。选择待测电路的节点电压和重要支路电流作为融合对象,利用小波变换和主成分分析对数据进行预处理和特征提取,采用间隔交叉的方式将电压特征矢量和电流特征矢量联合形成特征矢量,通过神经网络对联合特征矢量进行推理分类,得到故障诊断结果。以Buck-Boost电路为诊断实例,对比分析了选择不同特征融合对象对故障诊断结果的影响,实验结果证明该方法可以明显提高电路诊断率。

RM-501机器人机械臂双重控制系统设计97-101

摘要：对于数学模型参数未知和参数时变的系统,采用自适应控制存在的主要问题是在快速调节过程中过渡过程出现大的超调量。分析基于确定性等价原则的自适应控制器和谨慎控制器的局限性,提出一种模型参考自适应双重控制算法,该算法能够有效地防止因为参数估计的不精确而导致的控制性能下降甚至失稳的状况,同时也避免了谨慎控制系统的＂关断＂现象。为验证双重自适应控制算法的控制特性,将其应用于机械臂的运动控制,并对3种控制算法进行仿真研究。研究结果表明双重控制器的控制性能（超调量和调节时间）优于基于确定性等价原则的自适应控制器和谨慎控制器的性能。

基于遗传算法的小波神经网络控制器设计102-106

摘要：针对小波神经网络常用的误差反传算法存在着易陷入局部极小点和对初值参数要求较高的缺点,结合遗传算法自适应全局优化搜索能力与小波神经网络良好的时频局部特性,提出了一种有效的学习训练途径。该方法首先应用遗传算法确定网络的初始参数,然后转入纯小波神经网络进行训练,大大加快了网络的收敛速度。网络训练时采用共轭梯度学习算法并对此算法进行了改进,有效的克服了梯度学习算法容易陷入局部极小的缺点。通过二阶倒立摆的控制仿真和实物控制,验证了算法的有效性。