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电机与控制学报 2011年第07期杂志 文档列表

微型振动式压电发电机的设计与特性分析1-7

摘要：为了设计出与应用场合相匹配的微型振动式压电发电机，采用模态分析和谐响应分析方法对压电双晶片发电机的振动特性进行了研究，并分析了压电晶片的长度、宽度、厚度、质量块质量等参数对压电发电机固有频率的影响。在此基础上，基于压电发电机的等效电路模型对发电机的发电特性进行了研究，并分析了压电发电机的上述结构参数对输出电压和功率的影响。实验结果表明，随着压电晶片长度和质量块质量的增加，固有频率降低，但共振情况下输出功率增加；随着压电晶片宽度和厚度的增加，固有频率增加，但在共振情况下输出功率减小。

永磁直线同步电机解析分析及有限元验证8-13

摘要：针对永磁直线同步电动机具有边端效应、气隙不均匀、气隙磁场分布复杂、永久磁极几何尺寸难以确定的问题，给出了单段永磁直线同步电动机气隙磁场的二维解析分析，讨论了电机的各主要尺寸参数对气隙磁场和性能的影响，提出了永久磁极的设计原则和计算公式，分析了考虑饱和影响、计及边端效应时分段式永磁直线同步电动机的非线性、不对称、变化的自感和互感参数的解析计算方法，得到了定子绕组自感和互感系数随动子位置不同时的变化曲线。有限元数值计算结果表明，导出的分段式永磁直线同步电动机永久磁极的设计计算公式以及电机变电感参数解析计算公式是适用的。

表面式永磁电机气隙磁场分析14-20

摘要：针对表面式永磁电机齿槽结构复杂，应用传统许克变换法很难精确计算电机磁场分布的问题，将表面式永磁电机气隙磁场分为定子绕组和永磁体产生的气隙磁场两部分。应用许克变换工具箱将电机不规则空气间隙转化为几何上简单区域，分析电机定子绕组产生的气隙磁场。将永磁体等效为线电流，借助许克变换工具箱分析永磁体产生的气隙磁场。将定子绕组和永磁体产生的气隙磁场叠加得到表面式永磁电机气隙磁场，将其计算结果与有限元仿真结果进行对比，得出利用许克变换来分析表面式永磁电机气隙磁场是准确的。

电枢槽口宽度对内置式永磁同步电机齿槽转矩的影响21-25

摘要：为了兼顾准确性与计算时间，采用解析法和有限元法结合研究槽口宽度对内置式永磁电机齿槽转矩的影响。解析法确定了对齿槽转矩有影响的气隙磁导平方的傅里叶分解次数，采用有限元法计算槽口宽度变化对该傅里叶分解次数的影响。计算表明，该傅里叶分解次数与齿槽转矩的幅值随槽口宽度有相同的变化规律，能够减小该气隙磁导平方的傅里叶分解次数的槽口宽度能削弱齿槽转矩。以两种内置式结构为例，计算槽1：7宽度对该傅里叶分解系数、齿槽转矩、空载反电动势、铁耗、交直轴同步电抗以及电磁转矩的影响。结果表明，采用所提出的方法可得到削弱齿槽转矩的槽口宽度，且计算量较小。

基于改进型磁链观测器直流励磁同步电机控制26-32

摘要：定子磁链的准确观测和有效控制对提高直流励磁同步电机直接转矩控制系统的性能有着重要的意义，针对纯积分电压模型存在观测磁链偏差问题，提出一种基于磁链幅值平方和修正方法的定子磁链观测器，并对该观测器进行详细的分析。同时将简化三电平空间矢量调制算法引入到直接转矩控制中，实现转矩、磁链误差的精确补偿，并在此基础上提出三电平功率变换器相电压重构算法。实验结果表明基于所提的改进型定子磁链观测器直流励磁同步电动机空间矢量调制型直接转矩控制解决方案具有优良的控制性能。

双转子永磁同步风力发电机的最大功率跟踪控制33-38

摘要：针对通风管道系统，安装单台永磁同步风力发电机不能二次利用风能、风能利用率低，安装多台成本较高的缺点，提出一种具有前后两个半径不同的风机，且风机旋转方向相反的双转子永磁同步风力发电机。在分析双转子永磁同步风力发电机和传统最大功率跟踪控制的工作原理的基础上，得出前后风机风轮半径的关系、前风机作用下发电机输出功率和前风机的最佳转速的算法，提出一种不需检测风速、基于前风机作用下发电机输出功率反馈的转速控制方法。仿真证明，在设计合适的前后风机风轮半径和所提的转速控制的基础上，实现了双转子永磁同步风力发电机的最大功率跟踪控制。

采用虚拟开关时间的五相逆变器PWM策略39-43

摘要：针对五相电压源型逆变器的脉冲宽度调制控制技术，提出一种基于虚拟开关时间的电压调制方法。该方法利用虚拟开关时间的概念推导出一个时间自由度与逆变器各相实际开关时间的关系。在一个开关周期内，通过对该自由度及各相开关时间的合理安排，可以有效的提高系统的调制系数。该方法既简单易懂，又容易数字化实现，无需进行扇区和目标矢量位置的判断，避免了计算量大的问题；通过一个额外自由度的运用，可以方便地在各种类型的脉冲宽度调制间实现无缝切换，并且在一定程度上也揭示了载波型脉冲宽度调制和空间矢量脉冲宽度调制的内在联系。仿真结果验证了该方法的有效性。

一种高频LCC谐振变换器的近似分析方法44-49

摘要：为了研究具有电容型滤波器的LCC串并联谐振变换器的电路特性，在变换器工作原理分析的基础上，用一种近似分析方法对电路进行了数学分析，推导了该变换器的等效电路，并在等效电路的基础上讨论了该变换器的电路特性。研究负载电容的取值对变换器输出电压纹波的影响，并介绍LCC谐振变换器等效电路元件参数的计算表达式。仿真和实验提供的数据验证表明：这种近似分析方法是在谐振电流为正弦波的基础上推导的，能精确地反映LCC谐振变换器的非线性特征，该方法简单、直观，具有实际应用价值。

YKK系列中型高压电机起动特性的计算50-53

摘要：为了准确计算YKK系列中型高压电机的起动特性和起动时间以确定电机起动过程对电机本身和电网产生的影响，在M—T坐标系下建立了三相感应电动机的动态数学模型，并对电机起动特性的计算方法进行了改进。结合电机所带实际负载数据，对新型YKK系列电机的起动特性和起动时间进行了计算，分析了降压起动对电机产生的影响。计算结果表明：得到的动态特性曲线与用稳态计算方法所得到的特性曲线相比，在某些区段存在明显不同，分析可知动态特性曲线更符合实际情况。计算结果为设计和改进YKK系列中型高压电机及确定其起动方式提供了更准确的参考依据。

基于GA-ANFIS的开关磁阻电机建模54-59

摘要：针对在使用自适应神经网络模糊推理系统对开关磁阻电机进行建模的过程中收敛速度慢的问题，采用将遗传算法和自适应神经网络模糊推理系统相结合的开关磁阻电机建模方法。网络结构仍然采用具有很强鲁棒性和自适应性的Takagi—Sugeno模型，而在网络参数训练时将遗传算法与自适应神经网络模糊推理系统的传统混合学习算法相结合，以提高训练速度。根据实测的8／6极开关磁阻电机的样本数据，对开关磁阻电机的电感和转矩进行建模，仿真结果表明，该方法具有很高的精确度和很强的泛化能力，并且将收敛速度提高了两倍多。将所建模型应用到开关磁阻电机控制系统仿真中，并与实际控制系统进行对比，两者结果基本一致，证明了该方法的正确性和可行性。

采用垂直多载波调制技术的并网逆变器60-64

摘要：在电压源型PWM并网逆变器的设计时，通常用设置开关延时（死区）的方法来避免直流链的短路现象。这种方法将会降低并网逆变器的输出性能，即产生“死区效应”。为解决上述问题，提出一种基于垂直分层多载波的新型复合功能PWM调制策略。与传统的分别进行死区时间设置和基于电压伏秒平衡的死区补偿方法相比，垂直分层多载波PWM调制策略具有双重功能：既能设置开关延时以防止直流链短路现象的发生，又能避免桥臂输出脉冲电压产生偏差而引起的“死区效应”，理论上能完全消除由“死区效应”引起的并网逆变器入网电流波形畸变问题，且给出了仿真和试验结果，证明了该策略的有效性。

1000MW水轮发电机定子股线环流损耗分析计算65-70

摘要：定子线棒换位技术是1000MW水轮发电机设计中的关键技术之一，合适的换位方式有利于更好的减小定子股线间的环流损耗，提高电机效率。对水轮发电机常用的360°全换位、0°／360°／0°加槽部空换位段换位、不足360。换位、0°／360°／0°延长换位等4种换位方式进行讨论，采用漏感电势法分别计算4种换位方式下1000MW水轮发电机定子股线环流损耗，对计算结果进行对比分析。结果表明，不同换位方式对环流损耗分布有较大影响，水轮发电机定子股线采用0°／360°／0°延长换位时环流损耗最小，约占360°全换位环流损耗的15．3％，不足360°换位次之，约占360°全换位环流损耗的25．9％。

单Buck逆变器布尔型滑模控制研究71-76

摘要：为了提高逆变器滑模控制器的稳态精确度，针对一种由一个双向Buck变换器和桥式换向电路组成的单Buck型逆变器进行类似Lvapunov函数的布尔量滑模控制策略的研究。在其等效电路的状态空间平均法动态模型基础上，建立单Buck型逆变器等效电路的三阶系统数学模型，构建具有电流环节和积分环节的全状态变量滑模切换函数，在此切换函数基础上给出布尔滑模控制器的分析和设计过程。仿真和实验结果表明：系统稳态终值误差小，输出电压和电流具有强鲁棒性和良好动态性能；布尔滑模控制的实际控制律简单，易于实现；验证了所采用布尔滑模控制策略的正确性。

永磁电动式磁悬浮装置的研究77-81

摘要：针对目前电磁式磁悬浮系统悬浮气隙小且需要复杂的闭环控制等问题，永磁电动式磁悬浮系统具有悬浮气隙大和本征稳定的特性不需要复杂的闭环控制即可实现稳定的悬浮等优点。从电磁场的角度出发，建立永磁电动式磁悬浮系统的数学模型，研究其动态特性，得到悬浮力和制动力的解析表达式；建立Ansofl有限元模型，分析得出了系统的磁场分布，电磁力等的分析结果；搭建实验平台对永磁电动式系统的基本特性进行研究，主要是悬浮力和制动力的测试；比较解析解、数值解和试验结果，表明本文建立的数学模型是合理的、有效的。

高转差异步发电机转子的三维温度场及旋转热管的应用82-86

摘要：高转差异步风力发电机在运行时风能变化随机性较大，负载变化频繁，电机常常处于过负荷运行。对典型样机转子建立三维有限元模型，根据电磁场计算确定其温度场热源及相关换热系数；通过计算该电机的转子三维温度场分布，得出结论，由于电机处于高转差运行，转子温度过高，转子与转轴相结合部分为转子最高温升部分。进一步提出在转轴中应用旋转热管散热。采用不同方法对计算结果进行对比验证。根据轴承温度要求合理设计热管散热器，可以有效降低转轴、轴承温度至允许范围。研究表明旋转热管散热器可以解决高转差电机工程应用中转子过热问题。

基于神经网络的自主水下机器人动态反馈控制87-93

摘要：针对自主水下机器人数学模型的强非线性及所受海流干扰无法确定等特点，设计了基于神经网络补偿器的动态反馈控制算法。通过对自主水下机器人系统数学模型研究，将系统分解为近似线性部分与非线性不确定部分。通过动态反馈控制实现对分解出的近似线性部分进行初步控制，利用神经网络所具有的自适应控制实现对不确定模型与干扰项进行补偿控制，提高自主水下机器人运动控制的鲁棒性。通过Lyapunov稳定判据证明了此控制算法的收敛性，通过Matlab数字仿真平台验证了此算法的抗干扰能力，在自主水下机器人半物理仿真平台上分别采用所提出的控制算法与PID控制算法对自主水下机器人系统定深运动进行了控制。研究结果表明所提出的算法具有更好的动态性能与强鲁棒性。

挠性航天器姿态机动和振动抑制的自适应控制94-100

摘要：针对挠性航天器姿态机动控制中存在的参数不确定性、外部干扰、挠性附件振动及挠性模态不易直接测量的问题，提出一种具有干扰抑制的自适应输出反馈机动控制器设计方法。设计中无需忽略挠性附件和中心刚体的耦合，利用挠性附件固有物理特性构造一种结构简单的开环模态观测器，然后用以此获得的模态估计信息及可测量的姿态四元数和角速度信息，基于自适应反步设计方法进行反馈控制器设计，实现了无需增加压电作动器即可增强挠性模态阻尼性，保证了闭环系统在参数不确定存在和外部干扰作用下的姿态稳定鲁棒性和挠性模态振动抑制性，同时对外部干扰力矩具有L：增益抑制性能。理论证明和仿真研究结果均表明了所设计控制器的有效性和可行性。