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电机与控制学报 2010年第06期杂志 文档列表

双三相永磁同步电机的建模与矢量控制1-7

摘要：针对相移30°Y型连接双三相永磁同步电机,分别采用双d-q变换和矢量空间解耦的方法建立了电机的数学模型,前者从两套三相子系统的角度给出了电磁转矩的表达式以及两套绕组之间存在的耦合关系,后者则揭示了不同的电流谐波分量对机电能量转换所产生的不同的作用。根据两种不同的模型搭建了两套双三相永磁同步电机矢量控制系统,通过对两种控制策略的比较分析,指出了两者之间的内在联系和在控制效果上的等价性。开环的仿真实验对两种建模方法的一致性进行了验证,而闭环的仿真和实验结果则表明两种矢量控制方案在相同的控制参数下具有一样的控制性能。

高容错性模块化定子开关磁阻电机8-12

摘要：为了进一步提高开关磁阻电机的容错能力,在总结现有结构的模块化定子开关磁阻电机的基础上,提出了＂C＂形模块化定子开关磁阻电机,＂E＂形模块化定子开关磁阻电机和混合气隙模块化定子开关磁阻电机,结合结构示意图和磁路图介绍了以上3种模块化定子开关磁阻电机的基本机构和工作原理,研究对比了各种结构的特点,分析结果表明以上3种新型结构的模块化定子开关磁阻电机的制造成本低,维修方便,且由于定子磁极间在电路、磁路和结构上独立,所以电气隔离、磁隔离以及热隔离的能力强,可靠性及容错性能非常好,适合用于多电/全电飞机的电力作动系统。

直驱永磁同步风力发电机单位功率因数控制13-20

摘要：针对采用传统矢量控制的直驱永磁同步风力发电机存在电机运行功率因数降低的问题,提出一种适用于采用双脉宽调制变换器并网的永磁同步发电机单位功率因数运行控制策略。所提方案在实现永磁直驱风电系统最大风能捕获控制的基础上,通过控制电机侧变换器使电机d轴控制电压为零来实现永磁同步发电机的单位功率因数运行控制。系统仿真和实验结果表明：采用所提运行控制策略可有效实现永磁同步发电机的单位功率因数运行,有助于减小电机侧变换器的运行容量,同时该发电系统可实现最大风能跟踪控制、并网有功和无功功率独立控制以及变速恒频发电运行。

考虑负荷周期性和变化率的短期电价预测21-26

摘要：为了提高电价预测精确度以提高其实用价值,在电价预测模型中引入负荷周期性和变化率因素。根据负荷对电价的影响建立基于系统负荷的短期电价预测模型,使用小波分解对负荷和电价数据进行分析处理,采用神经网络的预测方法对短期市场清算电价进行预测。考虑负荷和电价的周期特性,在预测模型输入侧增加了负荷的周期性因素。考虑负荷剧变引起的电价变化,定义综合负荷变化率影响因素并加入模型输入侧来提高预测精确度。预测实例采用实际负荷值为输入,其结果表明引入负荷周期特性和综合负荷变化率因素后预测相对预测误差和单点最大预测误差分别降低35%和28%,有效地提高了模型的预测精确度。

异步电机转子三维温度场及热应力场研究27-32

摘要：针对异步电机转子温度场及热应力场难以测量,转子导条经常发生断裂故障等问题,以一台Y100L-2型电机为研究对象,采用有限元法建立电机转子三维导热模型。在理论分析的基础上,结合实验测量,对模型边界条件进行确定,并以此为基础对转子温度场和热应力场进行仿真研究。研究结果显示电机转子温升的高低直接影响热应力大小,温升越高,热应力越大;转子导条热应力的分布在各个方向上并不均匀;在负载电机转子温度较高时,不均匀的热应力将直接影响电机寿命,是转子导条断裂的主要原因之一;负载时,整个转子热应力最大值出现在导条与端环连接处,说明该处最容易发生断裂故障,这一结论也与电机实际情况相符;导条法线方向正热应力要大于剪切热应力,与国内外相关研究结果比较,仿真结果在分布规律上基本一致。

优化组合核函数相关向量机电力负荷预测模型33-38

摘要：在单一核函数相关向量机模型的基础上,构建高斯核函数分别与多项式核函数和张量积线性样条核函数进行线性组合的多种组合核函数相关向量机中期电力负荷预测模型,并利用粒子群优化算法对组合核函数的各参数进行优化选择。以2001年组织的国际电力负荷预测竞赛提供的公开数据为训练和测试样本,分别对多种核函数相关向量机中期电力负荷预测模型进行仿真预测计算。结果显示,虽然各模型都取得了较好的预测精确度,但是基于组合核函数的相关向量机在各项评价指标上都优于基于单一核函数的相关向量机。还利用相关向量机的概率预测优势得到了其他模式识别模型无法得到的预测误差范围。

阶梯气隙结构对U型单相永磁电机自起动性能的影响39-44

摘要：针对单相永磁同步电机不能自行起动的问题,采用阶梯气隙结构,使电机静止时在定位转矩的作用下定转子磁场之间存在相位差角,从而实现自起动。利用二维有限元计算的方法,分析阶梯气隙结构对电机电枢磁场和永磁体磁场的影响。针对永磁磁场,利用虚位移法对电机转子在不同位置时的定位转矩进行计算,求得永磁电机的转子初始相位角。得到一系列有关定位转矩、初始相位角与阶梯气隙结构参数之间的关系曲线。利用时步有限元法对U型单相永磁同步电机的起动过程进行动态模拟仿真,通过转速曲线证明了合理的阶梯气隙结构有利于永磁电机实现自起动。

空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制45-50

摘要：提出一种基于空间电压矢量调制的表贴式永磁同步电机直接转矩控制方法。基于表贴式永磁同步电机的数学模型,通过计算在一个控制周期内能同时精确补偿转矩误差和磁链误差的空间电压矢量,得出基于磁链与转矩的无差拍控制方法。相对于传统的永磁同步电机直接转矩控制方法,该方法能够明显减小磁链与转矩脉动,并且保持了传统直接转矩控制中转矩动态响应快的优点。不同于传统的永磁同步电机直接转矩控制方法,该方法由于使用了空间电压矢量调制,系统在不同工况下具有恒定的开关频率。仿真和实验结果验证了所提出方法的正确性和可行性。

FPGA在大功率多相变频调速系统中的应用51-55

摘要：针对大功率多相感应电机变频调速系统中PWM信号通道多和难同步的问题,提出一种基于PWM IP核的多路PWM发生器的设计方法,利用搭积木的方法可方便构建任意路PWM发生器。多路PWM发生器通过采用同一时基和各自独立的控制寄存器,可实现PWM信号的严格同步和不同调制策略。利用FPGA的硬件并行性,实现高性能的三角载波发生器和高可靠性的故障保护。基于FPGA和DSP构建一个多相变频调速系统硬件平台,在一台九相感应电机上完成SPWM调制的变频变压控制。实验结果表明FPGA应用于大功率多相变频调速系统具有通用性、灵活性和高可靠性。

内置式永磁同步电机转子初始位置估计方法56-60

摘要：针对无位置传感器永磁同步电机控制系统起动运行困难的问题,提出一种基于混合信号注入的内置式永磁同步电机改进转子磁极初始位置估计方法。采用注入高频旋转电压信号的方法检测磁极位置,设计一种通过PI跟踪观测器对所构建磁极位置误差信号进行控制的方案,当误差调节至零时将获得磁极位置初判值,降低了算法的复杂性。以磁极位置初判值为矢量角,往定子绕组注入2个方向相反的脉冲电压矢量,通过比较直轴电流大小可以简单、有效地判断出磁极极性,实现对位置初判值进行校正,从而获得转子初始位置估计值。应用所提出的估计方法对一台22kW内置式永磁同步电机进行实验,得到转子位置电角度平均估计误差为4.6°。

准抗毁化电源蓄电池SOC预测的GA-BP网络方法61-65

摘要：针对蓄电池荷电状态的预测问题,从蓄电池荷电状态与其可直接测量的外特性参数之间不确定的非线性关系出发,依据BP网络映射功能使其可以以任意精确度逼近非线性函数、遗传算法的良好全局搜索寻找最优能力使其解决BP网络盲目选择初始权值、阈值的问题,并利用数值最优化LM算法训练BP网络使其解决BP网络收敛速度慢和容易陷入局部最小值的问题,提出了一种蓄电池荷电状态预测的遗传算法和BP网络相结合方法。设计了准抗毁化电源蓄电池荷电状态的BP网络和GA-BP网络预测模型。仿真结果表明,预测模型经过训练后,可以通过蓄电池的实时外特性参数预测蓄电池的实时荷电状态;GA-BP网络的收敛速度和预测精确度均优于BP网络。验证了GA-BP网络预测方法的有效性。

共振解调与小波降噪在电机故障诊断中的应用66-70

摘要：针对异步电机形成复合故障时电流频谱存在的故障频率成分难以准确分离的问题,结合小波降噪算法与共振解调技术,提出一种异步电机复合故障分离方法。依托小波优良的时频局部化特性,有效地区分信号中的突变部分和噪声,实现信号的降噪;利用软件方法实现共振解调,构造带通滤波器提取共振信息。利用Hilbert变换进行解调分析得到包含故障特征信息的低频包络信号,经过低通滤波、频谱分析后实现异步电机耦合故障分离和故障特征提取。实验结果表明,该方法使复合故障情况下的异步电机电流信号的故障特征频率更容易识别和分离。

不同补偿策略下UPQC主电路参数确定方法71-76

摘要：针对统一电能质量调节器（UPQC）主电路参数确定问题,以最常用左串—右并主电路结构为例,建立了其稳态等效电路和不同补偿策略下的基波相量图;对采用不同补偿控制策略时其能量流动关系进行了对比分析;在此基础上推导了串、并联侧容量的计算公式;根据能量流动的关系给出了主电路容量的确定原则;分析了直流电压波动原因,提出了直流电容的选取方法;为主电路器件的选取提供了理论依据。实验结果表明,负载电压并没有由于电网电压的跌落而受到影响。电网电流的THD值也从25.1%2,5.8%,26.6%下降到4.2%,4.8%,5.2%。

Buck变换器动态过程电容充放电平衡控制策略77-82

摘要：为改善Buck变换器动态性能,将线性、非线性控制算法相结合,负载稳定时采用电压模式线性控制,负载突变时采用电容充放电平衡非线性控制算法以提高动态特性。对电容充放电平衡控制Buck变换器的动态过程进行理论分析,由于负载在开关周期的不同时刻发生正/负跳变时,电容充放电荷量不相同,其动态响应也不一样。采用电容充放电平衡控制策略,负载在电感电流最大时发生正跳变变换器具有最好的动态特性,反之在相同时刻发生负跳变则具有最不理想的动态过程。对采用电压模式与电容充放电平衡两种控制算法的Buck电路进行负载突变的对比仿真研究。仿真结果验证了理论分析的正确性及电容充放电平衡控制算法的优良动态控制特性。

移动机器人模糊Q-学习沿墙导航83-88

摘要：针对在基于行为的移动机器人沿墙导航控制器的设计中缺乏足够的先验知识的问题,采用Q-学习方法让机器人通过学习来自动构建导航控制器。将模糊神经网络和Q-学习相结合,用模糊神经网络直接逼近连续状态和动作空间中的Q值函数。利用对Q值函数的优化获得控制输出。模糊神经网络中的节点根据状态动作对的各个分量和时间差分的新颖性进行自适应地添加和构造,这样不仅能克服节点选择的困难还能使网络保持适度的规模。网络中的参数采用扩展卡尔曼滤波方法进行自适应调整。基于Khepera 2机器人的沿墙导航实验验证了该方法的有效性和优越性。

一类不确定时滞系统的关联稳定和协调控制（英文）89-97

摘要：针对有两个独立子系统的线性不确定时滞系统,研究其关联稳定和协调控制问题。采用线性矩阵不等式和双线性矩阵不等式方法,针对凸多面体不确定性,给出了两个独立的不确定时滞子系统关联稳定和协调控制的充分条件,并进一步将协调控制器的设计问题转化为求解相应的最优化问题,设计了求解优化问题的最优迭代算法。最后,通过一个数值算例验证了所设计的协调控制器能镇定不稳定的子系统,说明了所得结果的有效性。

基于光学陀螺惯导系统的误差自动补偿技术98-104

摘要：为了在长时间运行惯导系统中采用中低精确度光学陀螺来替代高精确度机械陀螺,用于降低导航系统成本,提升系统可靠性,采用误差自动补偿技术,分析了旋转自动补偿的基本原理,在旋转轴与陀螺输入轴重合以及有夹角的情形下,分别对光学陀螺和加速度的各项误差在旋转方式下的误差情况进行了分析研究,同时讨论了锯齿误差产生的原因以及旋转方式和旋转机构的选择。自动补偿技术可以把传感器的慢变误差在一个旋转周期内相互抵消,只剩下由白噪声以及初始对准误差而产生的系统误差。通过代表性的算法仿真验证了旋转自动补偿技术能够明显提升光学陀螺惯导系统的精确度。