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电机与控制学报 2011年第08期杂志 文档列表

非磁性次级感应悬浮电机磁场和力特性研究1-6

摘要：设计和分析一种电动式磁悬浮电机——非磁性次级直线悬浮电机,该电机装置通过在初级绕组中通入三相交变电流产生运动的交变磁场,与其在次级导体中感应出的涡流磁场相互作用产生悬浮力,同时又能产生推进力。为准确分析装置力特性,建立电机的二维数学模型,采用经典电磁场理论方法进行磁场分布求解,并直接利用磁场分析所得的磁场分布结果求解次级悬浮力和推进力,给出磁悬浮装置的力特性与其参数的关系。制作样机对理论计算进行验证,测试结果和理论分析吻合较好,表明数学模型合理、有效。

飞轮储能装置用轴向磁轴承及其低功耗策略7-12

摘要：针对垂直放置的飞轮储能装置中磁轴承的低功耗要求,研究一种新型结构的永磁偏置轴向磁轴承,分析其结构和工作原理;采用等效磁路法推导出该型磁轴承的承载力、力/位移系数及力/电流系数的数学表达式;给出主要参数的设计方法,并设计原理样机,利用有限元软件对设计结果进行三维仿真分析。在此基础上,研究轴向气隙不对称的低功耗悬浮策略,理论和仿真分析结果表明：该型磁轴承结构紧凑、控制方便,不对称气隙的低功耗悬浮策略相比于对称气隙,利用偏置磁通在转子铁心上产生了稳定的被动悬浮力,悬浮功耗最多可降低98%。

复合电介质介电性能有限元仿真13-17

摘要：以聚合物基体添加具有非线性填料非线性复合电介质为研究对象,利用编程实现填料颗粒在基料中随机分布和基于蒙特卡洛（MC）模拟的模型随机构建,并通过三维有限元数值分析软件求得不同电压激励下的响应电流。采用时域最小二乘法对仿真得到的总电流进行分解并获得材料的宏观介电参数与电场强度的关系。结果表明：填料在空间的随机分布导致复合材料响应特性和介电性能的随机性。采用MC模拟可得介电参数数学模型中的待定系数的点估计和区间估计,完善了复合材料介电性能的有限元仿真研究方法。

开关磁阻电机神经网络无位置传感器控制18-22

摘要：针对现有开关磁阻电机（SRM）的转子位置传感器使得系统成本和复杂度提高、坚固性和可靠性降低的问题,研究了SRM无位置传感器DSP控制实现。建立了开关磁阻电机位置检测神经网络模型,并给出了提出对象的学习算法和训练步骤。采用TMS320F2812 DSP实现神经网络在线训练算法,开发完成了一台15kW三相12/8极无位置传感器SRD样机。实验结果表明,无位置传感器SRD具有较好的动态特性和较高精确度,系统最大位置检测误差≤2°。

带变频驱动系统的感应电机故障诊断研究23-28

摘要：为了研究带驱动系统的感应电机故障诊断,利用逆变器和整流器的开关函数,对感应电机发生故障时的逆变器直流侧电流和整流器交流侧电流进行解析分析,推导出电机故障特征信息在驱动系统中的传播规律,在逆变器直流侧电流和整流器交流侧电流谱中得到了相应电机故障的特征频率分量。以电机转子故障为例进行仿真和实验,实验结果证明了理论分析的正确性,为基于整流器交流侧的电流谱分析实现电机的故障诊断提供了理论依据。

采用非线性观测器的PMLSM无位置传感器控制29-33

摘要：为了满足永磁直线同步电机（PMLSM）运动控制系统必须确定电机磁极位置的需求,提出一种利用电机端电压和端电流信号,通过非线性观测器估计定子磁极位置和动子速度的方法。该非线性观测器首先估计出磁极位置角的正弦量和余弦量,再估计出位置角θ,然后利用PI跟踪控制器得到动子速度信号。该算法和Lunberger观测器以及Kalman滤波观测器相比,不仅算法简单易于执行,而且估计位置时不需要速度信号,非常适用于低速时的位置估计。仿真和实验结果表明：基于该非线性观测器的无位置传感器控制具有良好的跟踪调节性能,而且具有良好的低速性能,能够满足一般伺服系统要求。

四相SRM驱动系统两相励磁功率因数校正研究34-38

摘要：针对开关磁阻电机传统功率拓扑结构电源侧电流畸变严重,功率因数较低的问题,通过将电容后置,并且增加相应的开关管和二极管,提出一种功率拓扑结构,将其应用于两相励磁条件下的四相SRM进行功率因数校正。对该功率拓扑结构及其电容补偿方案进行了机理分析,基于Mat-lab/SIMULINK构建了四相开关磁阻电机驱动系统两相导通模式功率因数校正拓扑结构模型,对开关磁阻电机电压、电流、转矩等进行了全面仿真研究,验证了所提出方案的可行性及有效性。仿真结果表明,该拓扑结构不但可以改善系统的功率因数,并且减小了因电源波动引起的转矩脉动,优化了电机的起动性能,提高了效率。

两种组合双向正激式高频环节逆变器的比较39-46

摘要：针对组合双向正激直流变换器型和直流斩波器型高频环节逆变器电路结构的不同,首次对这两种高频环节逆变器的控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则等进行比较研究。采用理论推导方法,获得两种逆变器占空比、输出电压波形质量、高频变压器匝比与损耗、功率开关电压与电流应力等关键参数的对比关系。研究与实验结果表明,组合双向正激直流斩波器型高频环节逆变器电路具有更优良的综合性能,即属于单级功率变换且不存在环流,变压器匝比N2/N1由42/3降为39/3,输出电压精确度由±2V提高为±1V。组合双向正激式高频环节逆变器,在要求高频电气隔离、高功率密度、高变换器效率的逆变场合具有良好的应用前景。

同步电机定子与气隙流场数值计算与分析47-51

摘要：为了分析高速隐极同步电机定子通风系统内流体流动特点,建立包括定子端部及铁心的通风系统的三维流动数学模型和物理模型,并给出求解域相应的边界条件和假设条件,应用计算流体动力学软件Fluent对流体场控制方程进行求解计算。在额定负荷下,通过数值模拟得到定子通风系统内流体流动速度的分布特点,并着重分析了端部绕组、压指、压圈周围及径向通风沟内流体流动特点。结果表明,在压指间空隙内,空气的速度相对较高,对于实际运行中处于高温区的压指和附近的铁心等构件有较好的冷却作用,定子内各部分流量分配较合理。

电动汽车PMSM MTPA控制系统滑模速度控制52-58

摘要：为了提高电动汽车电机驱动系统对参数摄动和负载扰动的鲁棒性,同时削弱滑模变结构控制（SMVSC）固有的抖振,将一种改进的滑模控制策略应用于永磁同步电机（PMSM）最大转矩电流比（MTPA）控制调速系统中。采用最大转矩电流比控制方法分配定子直轴、交轴电流,将他们与转矩的关系分别拟合为低阶多项式,提高了该方法的工程实用性;速度环采用基于变指数趋近律的滑模控制策略,选取积分滑模面,并将控制律连续化,有效地削弱了滑模控制系统固有的抖振。仿真与实验表明,所设计控制器提高了系统鲁棒性,具有优良的稳态、动态性能,适用于电动汽车电机驱动系统。

一种实用的摩擦模型59-63

摘要：摩擦影响定位和指向系统的精度,还可能引起不稳定。伺服设计中用的摩擦模型大都用的是Dahl模型。这是一个简单的只有一个状态变量的动态模型。不过用Dahl模型给不出滞-滑运动。文中分析指出Dahl模型实际上是早年模拟机上摩擦模型的一个解析版本,而Dahl模型中的状态方程式所表示的就是模拟线路中的积分钳位线路。基于这种新的认识,文中提出一种改进的Dahl模型,该模型改善了回路的稳定性,并可给出不同于库仑摩擦值的静摩擦。对一个典型的滞-滑运动的分析表明,用改进的Dahl模型所得的结果与理论分析也是一致的。此改进的Dahl模型在高精度伺服设计中将会有广阔的应用前景。

基于LS-SVM的电力电子电路故障预测方法64-68

摘要：针对现有电力电子电路故障预测技术的不足,提出将电路特征性能参数和最小二乘支持向量机（least squares support vector machine,LS-SVM）预测算法结合,对电力电子电路进行故障预测。以Buck电路为例,选择电路输出电压作为监测信号,提取输出电压平均值及纹波值作为电路特征性能参数,并利用LS-SVM回归算法实现故障预测。实验结果表明,利用LS-SVM对电路输出平均电压与输出纹波电压的预测相对误差均低于2%,能够跟踪故障特征性能参数的变化趋势,有效实现电力电子电路故障预测。

小转动惯量PMSM电流环二自由度内模控制69-74

摘要：为改进小转动惯量永磁同步电机电流动态响应性能,建立考虑旋转反电动势和逆变器环节的永磁同步电机电流环三阶数学模型,以该数学模型为基础,设计小转动惯量永磁同步电机电流环二自由度内模控制器。并针对该电流控制系统的鲁棒性能与内模控制器参数、反馈滤波器参数都相关的问题,引入新的反馈滤波器,使两参数分别调节系统的动态跟踪性能和鲁棒性能。详细分析该内模控制方法下系统参数敏感度和负载对电流动态性能的影响。最后通过仿真和实验,表明该方法有助于提高小转动惯量永磁同步电机电流动态响应性能,且参数调整简单明确。

大惯量随动系统双卡尔曼滤波预测制动控制75-80

摘要：针对大惯量随动系统控制制动时间长、动态性能差的问题,与实际运用背景相结合,提出了对控制量进行预测,实现大惯量随动系统的预测制动控制。首先对随动跟踪对象,空中机动目标进行建模,运用双卡尔曼滤波对空中机动目标运行状态和参数进行估计和预测,根据预测结果,提前控制改进的永磁同步电机制动单元,从而实现预测制动控制。试验结果表明,双卡尔曼滤波预测制动在大惯量随动系统制动控制时,对控制量的估计较为有效,动态性能和随动控制精确度有所提升,达到了预期的控制效果。

电机磁链神经网络观测器的研究81-87

摘要：为提高电机磁链观测器的观测性能,实现磁链的准确观测,提出一种RBF神经网络定子磁链观测器。采用RBF神经网络重构基于电压模型的带幅值和相位补偿的变截止频率定子磁链观测器,使磁链观测器的截止频率能跟随电机定子电信号频率的变化而变化。RBF神经网络磁链观测器实现了变截止频率,结构简单,自适应能力强,无直流偏移和初始相位问题,可在定子电信号频率变化和负载变化情况下实现较为精确的定子磁链观测。实验结果证明了方法的有效性。

空间飞行器有限推力轨道转移优化设计88-92

摘要：为了解决空间飞行器有限推力轨道转移最优轨迹的设计问题,利用参数化控制思想和强化控制技术给出了最优轨道转移轨迹求解方法。给出了空间飞行器轨道转移最优控制问题的基本描述,通过参数化控制及强化技术将有限推力轨道转移最优控制问题转化为静态参数优化问题,即用若干段个分段的常数去逼近最优解。应用经典的数学规划方法即可求得最优控制律的一个近似解,通过增加参数个数,重复优化得到逼近连续最优解的参数化解。仿真结果表明,所提出的方法对于空间飞行器转移轨道初始参数取值不敏感,具有一定的鲁棒性,并且最优解的精确度较高,设计方法简单、有效。

感应电机龙伯格—滑模观测器参数辨识方法93-100

摘要：针对混合动力汽车用感应电机模型参数时变性突出的问题,研究感应电机多模型参数在线辨识算法。依据龙伯格观测器和滑模控制理论,提出龙伯格-滑模观测器在线辨识感应电机模型参数的新方法。该方法将龙伯格-滑模观测器和自适应辨识算法结合起来对定子电流和转子磁链同时进行在线实时跟踪和自适应调节,利用定子电流估计变量的动态误差,在李亚普诺夫渐进稳定条件下实时辨识感应电机主要模型参数Rr和Rs。该方法结构简单、可靠,对驱动系统内部噪声和大测量信号扰动有很强的鲁棒性,并易于工程实现。仿真结果验证所提方法的有效性。