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电机与控制学报 2011年第01期杂志 文档列表

单相-三相矩阵变换器驱动PMSM的弱磁控制1-5

摘要：针对单相-三相矩阵变换器驱动永磁同步电机出现的响应振荡问题,结合弱磁控制原理与矢量控制原理,提出一种给定电流变化轨迹的控制方法。根据电源电压采样信号与电机运行实时参数确定电机允许工作区域。在允许工作区域内,依据弱磁原理,确定给定电流指令。根据矢量控制原理,将给定电流指令转换为给定电压指令,驱动电机。搭建单相-三相矩阵变换器驱动永磁同步电机的弱磁控制模型,将仿真结果与无弱磁控制的双闭环（PI调节器）永磁同步电机矢量控制模型进行比较。结果显示：采用弱磁控制永磁同步电机缩短了转速上升时间、减小了稳态时的转速振荡和电流振荡,电机运行性能得到改善。

脉冲电场灭菌机理分析及细菌失活模型的研究6-12

摘要：针对目前有争议的脉冲电场灭菌机理,通过对电穿孔和电崩解过程的分析,认为电崩解机理更能够说明脉冲电场灭菌的原理和过程。通过对两种细菌失活模型Hülsheger＆Niemann模型和Peleg模型进行数学分析,认为这两种模型其实质是相同的。在这两种模型中,细菌残活率指数岁电场强度的呈线性变化。通过实验研究,提出了一种不同的细菌失活模型,其细菌残活率指数随场强升高呈指数趋势变化,对这种新模型与目前常用的模型之间的关系进行了分析说明,常用的两种模型是该模型在一个局部的线性化近似表达。

具有快速动态响应的三态功率因数校正变换器13-19

摘要：提出一种三态Boost功率因数校正电路及其相应的系统控制策略,采用DSP实现系统的全数字控制。通过在Boost变换器电感两端并联开关管,使Boost变换器工作在伪连续导电模式从而获得2个控制自由度并实现控制环路的解耦。详细分析三态Boost功率因数校正变换器的工作原理和控制方法,不但解决了不连续导电模式Boost功率因数校正变换器不能应用于中大功率场合和连续导电模式Boost功率因数校正变换器控制电路设计复杂的问题,而且还具有良好的功率因数校正能力,拓宽了Boost功率因数校正变换器的负载范围,并提高了Boost功率因数校正变换器的动态响应速度。通过一台400W的实验样机验证了理论分析的正确性。

步进电机控制系统建模及运行曲线仿真20-25

摘要：为了优化开环情况下步进电机的控制,研究运行曲线和传动刚度对步进电机开环控制系统运动情况的影响。依据步进电机运行原理和系统动力学特性,建立控制系统数学模型。设计一种基于正矢函数,高阶平滑的加减速曲线,并与常见的匀加减速曲线和指数型加减速曲线进行了比较仿真。仿真结果表明正矢型加减速曲线能够更好地抑制运动过程中的冲击,减小终点位置的残余振动幅度。该控制方式适用于对运动精度和稳定性有较高要求的场合,在分幅式航空相机的摆扫控制中得到了成功的应用。

一种抑制VSI零电流箝位效应的死区补偿方法26-32

摘要：电压源逆变器低频和轻载时,死区效应导致相电压和相电流畸变、零电流箝位效应等问题。为解决上述问题,分析死区效应和零电流箝位机理,发现了零电流箝位效应产生的一个主要原因,提出一种死区时间补偿策略。该策略无需电流极性检测,在SVPWM基础上,在每个PWM周期内对两个非零空间电压矢量作用时间分别进行补偿,该补偿根据这两个空间电压矢量作用时间之比分配死区补偿时间获得,死区补偿时间通过离线测量得到。实验结果表明,该方法明显地削弱了电流低频谐波,有效地抑制了零电流箝位现象,显著地改善了电流的正弦度,提高了系统低速运行性能。

SRM积分滑模变结构与神经网络补偿控制33-37

摘要：针对开关磁阻电机非线性动态特性不易控制的缺点,提出了一种积分型滑模变结构与神经网络补偿相结合的复合控制策略。应用一个具有积分型式的滑模切换面的变结构控制器,使用积分补偿技巧降低系统的振动与稳态误差。为减小滑模面的抖动,引入神经网络补偿控制环节。建立滑模变结构控制的数学模型,并给出神经网络补偿滑模面抖动的控制律表达式。利用该积分型滑模变结构与神经网络补偿相结合的复合控制策略,可有效地改善开关磁阻电机动态响应问题。为验证控制方案的可行性,对系统进行了仿真与实验研究。实验结果表明：系统具有良好的动静态性能,且在无需知道电机精确模型的情况下可有效克服转矩脉动。

一种基于SRD模糊控制的风力机模拟器38-43

摘要：针对风力机特性模拟中电动机转矩控制较难实现的问题,提出一种转速调节模拟法风力机模拟器。该模拟器基于开关磁阻电机调速系统,DSP中实时采集转速和负载转矩信号,求解风力机模型,参考转速提供给开关磁阻电机调速系统实时跟踪。针对转速调节模拟法,建立误差模型以衡量模拟步长和转速对模拟误差的影响。针对开关磁阻电机的实时转速控制问题,依据模糊控制策略,设计模糊PI转速调节器,实现实时控制。将开关磁阻电机调速系统整定成典型Ⅱ型系统以确定模拟步长。固定风速变负载和变风速最大风能跟踪下的实验结果表明,该模拟器转速随动性能良好,能够输出期望风力机功率。

超高压发电机失磁异步运行时转子温度场分析44-48

摘要：为了准确分析超高压发电机失磁异步运行时转子各部件的温度分布,针对超高压发电机模拟样机建立三维转子温度场模型,利用有限元法分析超高压发电机失磁异步运行时转子温度场的分布。在三维转子温度场模型上,分析超高压发电机额定运行时转子各部件的温度分布,通过计算值与试验值对比,证明该计算模型及计算方法有效,得出超高压发电机额定运行状态时转子各部件温升较低,满足运行条件。利用该计算模型对超高压发电机失磁异步运行时的转子各部件的温度进行分析,实验结果表明,超高压发电机失磁异步运行时,转子表面、励磁绕组背风面和阻尼条温升都较低。

基于滑模观测器与SPLL的PMSG无传感器控制49-54

摘要：实现永磁同步发电机矢量控制的前提在于电机转速与转子位置信息的准确获取。为此,提出一种基于滑模观测器与软件锁相环的无传感器方法,该方法直接在转子同步旋转d-q坐标系中采用滑模观测器估计电机感应电动势,再将估计出的感应电动势作为软件锁相环输入进行转速与转子位置的估计。分析、推导出了感应电动势滑模观测器与软件锁相环的数学模型,通过仿真测试了该法在模型参数与电机实际参数相差较大的情况下,对电机多种工况的估计效果,并将其用于某永磁直驱风力发电系统中。结果表明该方法对电机参数变化与外部扰动有很强的鲁棒性,跟踪转速与转子位置准确,且算法简单,易于数字系统实现。

低压永磁直流电机的传导电磁干扰模型55-59

摘要：针对直流电机的高频阻抗特性复杂、建模困难这一问题,建立覆盖直流电机传导电磁干扰全频段的仿真模型。利用测量获得的电机端部阻抗频谱特性,建立准确反映电机高频阻抗特性的电路模型;在分析电机产生瞬态噪声电压机理的基础上,测取电机端部瞬态电压脉冲,建立电机传导电磁干扰仿真模型。仿真与实验结果表明,两者变化趋势一致,误差小于1.5%,验证了所建立的低压永磁直流电机的传导电磁干扰模型的正确性,该模型能够完全仿真永磁直流电机在0.15MHz～108MHz频率范围内的传导电磁干扰特性,具有很好的通用性,可用于对永磁直流电机传导电磁干扰的预测与分析。

管道电机噪声有源控制系统研究60-67

摘要：针对直流电机运行噪声的频谱特点,设计管道电机噪声有源控制的物理系统和软件硬件系统。对直流电机运行噪声,通过实验进行单通道有源噪声控制算法主要参数包括泄漏参数、迭代步长和滤波器长度的最优化设计。根据优化后的算法参数,进行管道电机噪声单通道和多通道有源控制实验。实验结果表明,电机转速为1200r/min和1500r/min时,对于单通道和多通道有源噪声控制系统,管道下游最大的降噪量分别为14.8dB和17.9dB以及16.42dB和19.75dB,降噪效果也表明有源噪声控制系统能有效地降低电机运行噪声。

直流混合型限流开关分析与设计68-72

摘要：为研究一种适用于船舶直流电力系统短路保护的限流装置,提出基于斥力开关及快速熔断器的直流混合型限流开关方案。斥力开关在短路发生后迅速分断,电流转移到与开关并联的快速熔断器支路,由快速熔断器完成短路电流的分断和能量的吸收。研制了额定640V/600A的原理样机,进行了预期电流峰值为100kA,时间常数为7ms的限流分断实验。实验结果表明,斥力开关在短路电流超过设定动作值后200μs内分断,经过100μs电流转移到快速熔断器支路,熔断器经过1.1ms熔断起弧,限流峰值为15.4kA,故障排除后50ms限流开关自动重合闸。实验数据验证了理论分析和参数设计的正确性,为该型开关在直流系统中的应用提供了设计依据。

中型高压异步电动机三维温度场耦合计算与分析73-78

摘要：电机的温升和通风沟内流体的研究对电机高效、安全和稳定运行有着重要的影响,根据流体力学和传热学理论,给出求解传热问题的能量方程。以YKK400-6（690kW）中型高压异步电机为例,分别建立电机转子、定子的三维数学模型和物理模型,给出相应的基本假设和边界条件。采用有限体积法对流体场和温度场控制方程进行耦合求解,计算出了高压异步电动机径向通风沟内冷却气体的流动情况,电机定、转子的温度场分布。对计算结果进行分析并且与实测结果进行对比。研究结果表明：采用流体场和温度场耦合的算法,能够了解通风沟内冷却气体复杂的流动情况,计算出电机的温度场更加准确。

小开口磁器件内通电悬丝形变有限元分析方法79-84

摘要：针对测量小开口磁器件磁场的脉冲悬丝法无法建立三维磁场中悬丝形变解析推导以及无法应用于磁场结构设计优化的问题,依据磁场中通电悬丝运动的基本原理,提出基于有限元的永磁器件结构参数和磁场分布改变的通电悬丝形变分析方法。建立磁件-悬丝系统的电流场、磁场、应力场三维耦合仿真模型,用耦合场有限元计算替代近似的解析求解,对不同永磁磁件以及周期磁场中悬丝的形变进行对比,分析通电悬丝在均匀或各向异性周期磁场中各方向的形变规律,并给出建模和悬丝形变分析的实例。结果显示悬丝系统有限元仿真平台建立了悬丝形变和磁场分布之间的联系,可用于小开口磁件的结构设计和其内磁场分布规律的改善。

十加速度计GFSINS安装误差的标定及补偿85-90

摘要：针对十加速度计系统构型中的安装误差,提出了一种误差的标定及补偿方案。通过理论和仿真分析了加速度计安装误差对无陀螺捷联惯导系统的影响。将十加速度计构型单元置于转台上,在2种不同转速下各进行3次翻转,利用加速度计输出可以一次标定出50个加速度计安装位置和方向误差系数。在转台转速分别为0.5,1.0rad/s时,最大的标定误差为12.2%,同时,安装位置误差的标定准确度随着转台转速增大而提高。采用先计算补偿后的加速度计输出,再解算角速度的方法进行安装误差补偿后,在200s时间内,角速度准确度比补偿前提高了一倍以上。

飞行机器人递归小脑神经网络模型分解控制91-97

摘要：为解决一类不确定非线性系统的控制问题及系统混合干扰上界在实际应用中难以测量的问题,提出递归小脑神经网络模型分解控制算法。将系统分为名义模型、结构不确定性和非结构不确定性,分别对名义模型设计直接反馈控制器、对结构不确定性设计自适应控制器、对非结构不确定性设计鲁棒控制器。设计递归小脑模型关节控制器作为观测器来对系统干扰的上界进行实时逼近。李亚普诺夫理论证明了控制算法可使系统渐进稳定,微飞行机器人姿态控制仿真结果表明,控制算法改善了系统的动态性能及鲁棒性。研究结论为复杂非线性系统的有效控制提供了依据。

高速并联机械手臂的自抗扰控制算法研究98-104

摘要：针对具有非线性、强耦合以及高速、高加速度等特性的高速并联机械手臂的末端精确定位和抖动抑制问题,提出改进的自抗扰控制解决方案。从并联机械手臂的动力学方程出发,推导了该机械手臂的状态方程,将系统非线性表示为加法和耦合参数的形式,并用自适应算法对耦合参数进行实时在线辨识,基于自抗扰控制算法设计了系统的非线性的控制器。仿真结果表明,在对机械手臂快速响应的要求下,相对于传统的控制算法,关节的超调能够减少,关节位置跟踪精确度得到了提高。采用改进的自抗扰控制策略能够描述出系统的不确定性,解决高速并联机械手臂运行时存在的快速响应和超调之间的矛盾,提高了系统的动态响应性能。