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电机与控制学报 2011年第04期杂志 文档列表

Z源AC/AC变换器的谐波消除PWM技术1-6

摘要：为保证敏感负载的高品质电能供应,提出一种应用于Z源AC/AC变换器的谐波抑制PWM技术。基于变换器的工作原理,分析和推导谐波抑制调制函数的解析式,给出控制方案。通过开环方式,对变换器的输出开关占空比进行实时调节。与已有的恒定占空比控制相比,实现对交流输入电压中各次谐波的有效抑制,并且不要求分别计算各谐波分量,简化了控制策略,同时显著降低了系统对控制器带宽的要求。仿真表明该调制技术能有效抑制交流系统侧谐波电压。

采用DSP和FPGA直驱阀用音圈电机驱动控制系统7-12

摘要：针对直驱阀用音圈电机控制系统的性能要求,以及现有电机驱动控制器存在的不足,提出一种基于浮点数字信号处理器（DSP）和现场可编程逻辑门阵列（FPGA）的驱动控制器结构方案。根据系统驱动控制所需功能以及DSP和FPGA各自的特点,进行了功能划分。其中：DSP作为主处理器,主要负责完成上电自检、系统初始化、通讯、以及位置环计算;FPGA作为协处理器,主要负责完成PWM信号的产生、A/D采样控制、数字滤波及过流保护、与DSP之间的数据交换、以及电流环计算。运用模块化设计思想,采用VHDL语言编程完成了FPGA功能设计。实现了对直驱阀用音圈电机系统的位置/电流双闭环控制。仿真及实验结果表明,该驱动控制系统可以满足直驱阀用音圈电机系统的性能要求。FPGA的运用,简化了系统硬件结构,分担了DSP的计算负担,保证了驱动控制系统的实时性。

转子磁路结构对汽轮发电机励磁电流和磁场分布的影响13-17

摘要：建立1 400MW核电半速汽轮发电机二维瞬态场有限元模型,提出用等效负载阻抗法来模拟发电机的额定运行状态,从而避免了功率因数的迭代。在验证该方法正确性和可行性的前提下,针对大型核电半速汽轮发电机转子通常采用偏槽结构来改善电机性能的设计思想,采用该方法计算得到了汽轮发电机不同偏槽结构下的励磁电流,并且定量分析不同偏槽结构下,汽轮发电机额定运行时高磁密区域关键点的磁密变化情况,结果表明转子偏槽结构会对汽轮发电机励磁电流产生较大影响,然而合理的偏置角度会改善高磁密区域磁场分布,避免局部过热,所得结论为大型核电半速汽轮发电机的转子磁路结构设计提供理论依据。

五电平拓扑下开关磁阻电机直接瞬时转矩控制18-22

摘要：针对开关磁阻电机转矩脉动,提出开关磁阻电动机五电平驱动拓扑结构和滞环控制策略。研究和分析五电平拓扑的五电平导通原理,并与不对称半桥驱动电路三电平导通进行比较。结合开关磁阻电机绕组导通和直接瞬时转矩控制原理,设计五电平驱动下开关磁阻电机直接瞬时转矩滞环控制策略,并且进行仿真实验。仿真结果证实与不对称半桥电路相比,五电平拓扑下的转矩控制算法简单,而且有效减小转矩脉动,改善转矩的动态特性。

自适应滤波器的新型变步长算法及其应用23-27

摘要：针对变步长算法的选取对自适应滤波器的性能有重大的影响,而常见变步长算法的步长与误差或输入信号有关,在自适应调节过程中步长存在较大的波动,影响自适应滤波器的滤波效果等问题,通过分析和比较常见的变步长算法,提出一种新型变步长算法。该算法先将误差信号取绝对值,然后再求其均值,以该均值决定步长的变化,克服步长波动的不足。采用新型变步长算法的自适应滤波器,不仅具有较快的收敛速度,而且可以获取较小的均方误差。最后,将基于新型变步长算法的自适应滤波器应用于笼型异步电动机的断条故障诊断中。实验证明,新型变步长算法可以增强断条故障的特征,有利于信号特征的提取。

大功率双馈风力发电机内部流变特性数值仿真28-34

摘要：针对发电机的通风结构及其内部流体的流动特性对电机内热量的传导以及运行性能具有很重要的影响,以一台3MW双馈风力发电机为例,根据流体力学以及传热学理论,建立三维流体场与三维温度场耦合的求解域物理模型,采用有限体积法对其进行数值求解,在利用发电机的整体温升对研究方法及计算结果进行校核的基础上,对发电机内不同冷却介质的速度、迹线、温升等参量的空间分布特性进行详细分析。通过计算,揭示大功率双馈发电机内冷却介质流变特性的分布规律,可为同类型发电机的通风结构设计以及更大容量风力发电机流体场的准确计算提供理论依据。

感应滤波对新型换流变压器换相电抗的影响35-40

摘要：针对感应滤波技术是否影响新型换流变压器换相电抗的问题,简要论述了新型换流变压器感应滤波的基本原理,在此基础上分析了新型换流变压器换相电抗的特征,并建立全新的计算新型换流变压器换相电抗的数学模型和仿真模型。结果表明,采用感应滤波技术后换相电流的基波及各次谐波分量流通回路不完全相同,因此传统的计算方法不再适用于计算新型换流变压器换相电抗。全新的换相电抗求解方法,不仅可以正确求解新型换流变压器的换相电抗,也适用于传统换流变压器换相电抗的计算;感应滤波技术能够使新型换流变压器换相电抗减少三分之二左右。

三自由度永磁同步平面电机的控制策略41-45

摘要：在介绍三自由度平面电机的结构和工作原理之后,提出执行器的电磁力方程和平面电机的运动控制方程,推导合外力和执行器水平电磁力的转换方程,提出平面电机的三自由度解耦控制策略。设计三个自由度的位置伺服控制算法,进行单自由度定位和三自由度同时定位实验。平移运动的上升时间为0.1 s,稳态误差为10μm,旋转运动的上升时间为0.07 s,稳态误差为0.1 m rad。实验结果表明：三自由度解耦控制策略可行,系统的动静态特性理想。

永磁同步伺服系统速度调节器抗饱和补偿器设计46-51

摘要：针对永磁同步伺服系统速度调节器积分饱和问题,按照反计算思想,提出一种新型的AW设计方法。该AW方法可根据PI调节器输入输出状态确定反计算支路的增益,为其提供一套整定原则。通过仿真和实验对比传统反计算AW与该新型AW设计方法,仿真和实验结果验证了该新型AW设计的可行性及优越性。在保证系统响应速度的前提下,新型AW设计的PI调节器能有效降低系统动态响应的超调,特别是在大范围变化时,可综合提高系统的动态性能。

四开关三相方波无刷直流电机的磁链跟踪控制52-57

摘要：在分析传统六开关三相无刷直流电机运行原理的基础上,提出四开关三相方波无刷直流电机的磁链跟踪控制策略。系统外环为转速环,通过转速环输出和电流形状函数分别相乘实现三相电流的给定,借助坐标变换在两相静止坐标系下构建电流闭环,采用磁链跟踪型调制策略实现对四开关逆变器的控制,从而克服了滞环调制的开关频率不固定问题,实现了四开关三相无刷直流电机电流的120°方波控制。为验证方案的可行性,搭建仿真模型和实验系统平台,仿真和实验结果证明了控制策略的正确性和有效性。

DTC异步电机驱动系统中逆变器故障工况研究58-66

摘要：为了寻求进行系统可靠性设计的依据,对直接转矩控制异步电机驱动系统中逆变器故障工况进行研究。通过对直接转矩控制原理的分析,指出系统运行工况的影响因素;对逆变器最常见的功率开关短路与开路故障工况进行仿真研究,其中功率开关短路故障工况指系统采取截止故障开关互补开关或截止所有开关两种保护方案之后的工况。仿真结果表明,短路故障后尽管采取了保护方案,系统仍会出现大的机械和电流冲击,其中截止所有开关的保护方案相对较优,但此方案下电流和转矩的最大值仍超过正常运行时额定值的10倍以上;在发生功率开关开路故障时,故障相电流只有半个周期,转矩有低频脉动,但系统仍可继续短时运行。

行波型超声波电动机PZT极化分区优化设计方法67-73

摘要：为提高行波型超声波电动机的机械输出性能,根据超声波电动机定转子接触面力传递模型提出了基于能量指标的超声波电动机优化设计方法,以能量指标参数作为电动机优化设计的评价依据。建立超声波电动机定子有限元模型,计算得到电动机不同工作模态下的能量指标,在此基础上重点探讨了能量指标对压电陶瓷的极化分区模式优化设计的影响,提出改进的B04超声波电动机极化分区模式;研究结果表明PZT极化分区改进后的超声波电动机的速度和力矩分别为960 r/m in和9mN.m,电动机的性能指标（速度和力矩）较未改进前的提高了一倍。提出的PZT极化分区优化设计方法可以为超声波电动机的优化设计和输出性能的提高提供理论参考。

磁悬浮开关磁阻电机建模与参数优化设计74-79

摘要：针对磁悬浮开关磁阻电机参数设计问题,提出一种基于最小二乘支持向量机与粒子群优化算法的电机结构参数优化设计方法。采用三维有限元仿真建立样本空间,构建悬浮力、电磁转矩与绕组间互感的最小二乘支持向量机非参数模型;并基于该非参数模型,选择满足额定电磁转矩为约束条件,悬浮力最大且绕组间互感最小为优化目标,采用粒子群优化算法获取电机的最优结构参数。仿真结果表明：最小二乘支持向量机非参数模型精确度高,采用该优化设计方法设计的磁悬浮开关磁阻电机具有悬浮承载力强、耦合小、易于控制的优点,并且该优化设计方法算法简单、操作方便。

控制系统的脆弱性与鲁棒性80-84

摘要：针对脆弱性有不同的理解,提出了一种新的关于脆弱性的概念。脆弱性是指一个优化设计的控制系统却失去了稳定裕度。文中对此进行了分析和说明,指出这脆弱性问题并不是因为控制器的脆弱性造成的,其根本的原因是在最优控制本身,是最优设计的手段或所用的判据造成的。因为H∞优化设计中并没有用到稳定裕度的概念。在多入多出系统的设计中由于用的是奇异值而不是各个物理变量,所以就有可能忽略了单个回路的鲁棒稳定性问题。这个新的脆弱性概念也不同于一般控制器参数摄动下的鲁棒性问题,将有助于理解一个设计良好的系统在实际调试中可能出现的稳定性问题,所以对理论和实践都有重要意义。文中附有设计分析的例子,其中的一个例子取自作者在实验中所遇到的问题。

有向无环图的多类支持向量机分类算法85-89

摘要：为研究基于有向无环图的支持向量机分类算法以及在故障诊断问题中的应用,考虑到有向无环图的结构运算相当于一个表操作,且分类结果依赖于有向无环图中节点的排列顺序,提出一种分类算法,该算法引入基于类分布的类间分离性测度,估计各类训练数据间的分布性质,建立初始操作表单,将样本所有可能的类别按照一定顺序排列在表单中,从而重新组合有向无环图中的节点顺序,构造基于分离性测度的有向无环图的拓扑结构。通过对3个典型数据集的数值仿真研究,结果表明所提算法的性能优于传统算法。

三手指空间手爪基于抓握力的模糊自适应控制90-97

摘要：针对空间手爪在抓握目标物体的过程中,因接触碰撞而产生的扰动力可能会造成机械臂抖动和初始位姿改变,甚至将目标物体弹出捕获区,造成捕获失败的问题,提出了基于抓握力的模糊自适应控制策略,以削弱在抓握过程中因接触碰撞产生的扰动力,减小对机械臂造成的扰动。首先介绍了哈尔滨工业大学（HIT）自行研制的三手指空间手爪,对其抓握过程和接触碰撞进行了分析,提出一种柔顺控制策略,设计了基于抓握力的模糊自适应控制器。通过模糊控制器实时地调整控制参数,不仅可使系统稳定,而且具有良好的动态品质;控制器中的滑模控制还可以增强系统的鲁棒性。采用HIT在轨自维护机械臂在空间微重力运动平台上进行了抓握实验,实验结果表明设计的控制器和提出的抓握策略能够有效削弱抓握过程中的扰动力。

力控制系统的若干设计问题98-102

摘要：提出各类力控制系统设计时应遵循的原则。分析指出力控制中的对象数学模型是零阶的比例环节,所以系统的回路中必定要包含一个积分环节以保证带宽。故在一般的工业应用场合,力控制系统常采用一种比例的速率控制模式。在机械手的力控制中则是采用积分控制律。由于积分控制的动态响应较慢,所以系统设计中还常包括对扰动的补偿。对于阻抗控制场合,力控制设计应该与期望的虚拟环境的阻抗相匹配。此外,为了保证人在回路实时控制系统的稳定性,应该进行无源性设计。所提出的设计原则对系统的调试也极有帮助。