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电机与控制学报 2011年第11期杂志 文档列表

无刷双馈电机转矩和转速的无源性控制1-7

摘要：为了提高无刷双馈电机（BDFM）的控制性能,应用非线性系统的无源性控制（PBC）理论,研究BDFM的转矩和转速控制。从三相静止坐标系下BDFM的电压方程出发,导出了BDFM在dq轴转子速旋转坐标系以及功率绕组、控制绕组同步速旋转坐标系下的电压、磁链和转矩方程,建立BDFM的欧拉-拉格朗日方程,从能量的角度分析了BDFM系统的无源性,提出一种新的转矩和转速控制结构,设计相应的非线性控制器。进而搭建BDFM的PBC系统仿真模型,并将其控制效果与矢量控制和直接转矩控制的效果进行了对比。结果表明,PBC方法可以准确实现BDFM转矩、转速的跟踪控制,具有控制结构简单、动态响应性能优良、鲁棒性好的优点,比与矢量控制方法,减少了计算量,比与直接转矩控制方法,减小了转矩脉动。

利用场路结合方法分析磁轴承悬浮力8-13

摘要：针对磁轴承悬浮力分析比较复杂的问题,提出利用场路结合分析磁轴承悬浮力的方法。基于磁路法推导了径向磁轴承悬浮力的线性化模型,针对具体的磁轴承系统,利用有限元法分析了磁轴承能够满足线性化模型的偏置电流选择范围和磁轴承转子偏移范围,通过最小二乘法修正了线性化模型的电流刚度系数和位移刚度系数,并对超出线性化模型范围的悬浮力进行了分析,采用多项式拟合的方法推导了悬浮力的非线性模型。对所推导的磁轴承悬浮力模型进行了实验验证。分析及实验结果表明：由于磁饱和等因素的影响,利用磁路法推导的线性悬浮力模型已不能充分描述磁轴承悬浮力特性,通过场路结合方法推导的悬浮力模型能够更准确地计算磁轴承悬浮力。

一种低开关电压应力ZVT Boost变换器14-20

摘要：针对如何更好地提高Boost变换器的电压增益以及提高其变换效率问题,提出一种低开关电压应力ZVT Boost变换器,并对其工作原理、工作过程和性能特点进行了详细分析。由于该变换器中两Boost变换单元采用交错并联技术,所以使得其输入电流纹波减小,频率加倍,有源开关的电压应力为输出电压的一半,并且实现了输出电压的高增益。通过对该变换器采用交错控制,使得其所有有源开关、二极管实现或近似实现了零电压或零电流开通和关断,进而可以增大其工作频率,提高功率处理能力。搭建一台20W实验样机,并进行了实验研究,实验结果证明了理论分析的正确性。

无轴承永磁同步电机径向悬浮力动态解耦控制21-26

摘要：针对无轴承永磁同步电机径向悬浮力之间存在的非线性、强耦合问题,提出基于神经网络逆系统方法的无轴承永磁同步电机径向悬浮力动态解耦控制策略。在分析无轴承永磁同步电机的工作原理和径向悬浮力产生机理的基础上,建立径向悬浮力的数学模型,并对该数学模型进行可逆性分析,证明此系统可逆。利用神经网络逆系统方法,将原来的非线性强耦合的多变量系统动态解耦成两个位置彼此无耦合的线性子系统,运用线性系统理论对线性子系统进行综合,设计系统的闭环控制器。在Matlab软件环境下构建仿真系统,并进行仿真研究和性能分析,仿真结果验证了该解耦策略的有效性。

电池组直接供电对电动汽车驱动性能的影响27-32

摘要：为了给电动汽车驱动系统的参数匹配和电机控制器的技术改进提供理论依据,通过分析动力电池组直接供电的电机驱动系统特性,研究其对电动汽车整车性能的影响。依据动力电池的简化等效模型,从负载角度分析讨论了电池的放电特性;并以由奥拓车改装成的纯电动汽车运行工况为例,研究得到48 V电池组放电特性的仿真与实测结果。结合异步电机机械特性和驱动系统特性实例分析,深入讨论了电池组直接供电的驱动系统对整车性能的影响。研究结果表明,由于电动汽车运行工况复杂多变,电池组直接供电存在控制器电压波动频繁、系统大功率需求时电压跌落与供电能力不足等问题,致使电机驱动系统的最大转矩输出与效率的恶化,以及整车最高车速、爬坡及加速能力的降低。

等效时谐耦合场分析水轮发电机负序运行能力33-39

摘要：为研究水轮发电机的稳态负序运行能力,根据电磁场和传热学的相关理论,在考虑阻尼绕组气隙的基础上建立水轮发电机电磁场和温度场相耦合的二维有限元模型;用相对运动等效的方法处理转子的旋转问题,建立等效时谐场分析负序电流在转子中产生的涡流,得到发电机在负序稳态运行时阻尼绕组的涡流损耗分布;并将损耗结果耦合到温度场中最终得到精确的阻尼绕组温度分布。以一台容量为250 MW的水轮发电机为例,验证所提方法的正确性,经计算表明该电机具有9%稳态负序运行能力。

零电流开关PWM反激变换器40-45

摘要：针对反激变换器的变压器漏感中的储能损失以及开关管存在较大的开关损耗和电压尖峰等问题,提出基于新型ZCS-PWM辅助电路的反激变换器。详细分析了工作原理和稳态特性,给出参数设计的原则,并通过一台150 W5、0 kHz的原理样机实验验证了该零电流开关技术的可行性。实验结果表明,该变换器在整个负载范围内实现了所有开关管的零电流开关和所有二极管的零电压开关,最高效率超过83%;消除了主开关管和辅助开关管的电压尖峰;与传统的硬开关反激变换器相比,主开关管具有相同的电流应力。

一种具有时变观测器增益的摩擦补偿方法46-49

摘要：为有效抑制摩擦扰动对光电平台性能的影响,针对环架轴系间的摩擦由LuGre模型描述的情况,设计自适应摩擦补偿控制器。提出一种采用具有时变增益摩擦状态观测器的摩擦补偿方法,通过类李雅普诺夫分析证明整个闭环系统跟踪误差的渐近收敛性。仿真结果表明,通过对时变增益函数中设计参数的适当选择,相比采用具有常数增益的观测器,系统的角速度跟踪误差进入0.03 rad/s误差带的时间由62 s提升至44.5 s,稳态误差峰峰值由0.041 3 rad/s提升至0.032 5 rad/s。系统获得了响应速度和响应精确度的同时提升。

双馈异步发电机定子匝间短路故障诊断研究50-54

摘要：分析双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障负序电流的来源,提出以负序电流作为故障特征量进行故障诊断,建立双馈异步发电机仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻的大小实现了匝间短路故障模拟。对仿真发电机在风速恒定的条件下发生定子绕组匝间短路故障进行了模拟。结果表明,定子发生匝间短路故障后,会在定子中增加负序电流分量,定子负序电流的大小随故障严重程度加剧而增加;定子负序电流的大小受发电机负载变化影响很小,有利于轻载状态时定子绕组故障的诊断。

磁链模型的双开关磁阻电机无位置传感器控制55-60

摘要：针对开关磁阻电机（SRM）转子位置传感器带来的成本提高、可靠性降低的问题,研究双SRM无传感器控制。利用SRM两个特殊位置的磁链特性,建立非线性磁链解析模型,给出磁链模型中的参数计算方法,提出双开关磁阻电机无位置传感器控制策略。以TMS320F2812 DSP为控制核心,搭建两台18.5 kW SRM控制器,并实现双机无传感器同步运行。实验结果表明,该控制策略下电机静止启动无反转或抖振,相切换可靠、主从机转矩输出功率平衡、转子位置估计误差小于2°,系统具有良好的动态和静态性能,为双电机无传感器控制提供了一种易于实现的方案。

正弦极宽调制式永磁电机的磁场分析与实验61-66

摘要：为提高传统表面式永磁电机气隙磁场的正弦程度,降低永磁电机的谐波影响,提高表面式永磁电机的效率与力能指标,提出一种正弦磁极调制式的永磁电机转子结构。转子铁心表面磁极是由若干小磁块阵列构成的,阵列中磁块的宽度、高度及磁块之间的间隔符合一种调制关系,合理设置转子永磁替的结构和位置使其产生的气隙磁场波形更加接近正弦波。通过电磁场有限元分析和样机实验检测电机内气隙磁场波形,实验表明气隙磁场正弦性畸变率实际降低了24.45%,说明本文提出改善表面式永磁电机气隙磁场波形正弦化程度的正弦极宽调制方法和结构正确有效。

带压缩因子粒子群优化的混合动力汽车模糊能量管理策略67-72

摘要：针对改装后的哈飞赛豹混合动力汽车,以混合驱动系统需求转矩和电池组荷电状态（SOC）为输入,以发动机转矩为输出,应用带压缩因子粒子群算法优化量化因子的方法构建了能量管理模糊控制器,克服了传统的模糊控制存在精确度不高、自适应能力有限等问题,使模糊控制器的鲁棒性和控制精确度都得到提高。基于混合动力汽车专用仿真软件的研究表明,经过优化的模糊能量管理策略与未优化的策略相比燃油经济性提高了14.19%;优化前蓄电池的回收效率分别为18.95%、23.95%和14.47%,而优化后的分别提高至29.37%、26.20%、和20.12%;尾气中NOX、CO、HC由优化前0.202 g/km1、.1 g/km和0.282 g/km分别降至0.104 g/km0、.46 g/km和0.279 g/km。

船舶电力推进SSP电机应用IGA-ANFIS优化控制73-78

摘要：为了改善船舶吊舱推进西门子-肖特尔-推进器（SSP）电机的控制性能,提出基于免疫遗传算法（IGA）与自适应神经模糊推理系统（ANFIS）的复合算法并应用于SSP电机的优化控制。分析SSP推进系统的工作原理及其复合控制模型,设计基于Siemens Sinamics的SSP吊舱推进半实物模拟系统,研究IGA-ANFIS的复合控制策略。该控制系统不是基于数学模型,应用ANFIS逼近SSP过程响应的动态模型I,GA以SSP的性能指标（最大超调量和过渡过程时间）来优化复合控制系数。在SSP模拟系统上进行IGA-ANFIS复合控制算法的实验研究,并与SIEMENS自整定PI控制器进行了比较。结果表明：该控制策略具有所需系统参数少、稳定性好的优点。

改进LS-SVM的直吹式制粉出力软测量建模79-82

摘要：针对火电厂双进双出钢球磨煤机直吹式制粉系统这一大滞后、强非线性系统,其制粉出力较难直接测量的问题,在Suykens的最小二乘支持向量机稀疏化算法的基础上,提出一种更好的改进方式,即在删除一些过大或过小的训练样本的同时,也将变化率过大的数据删除,避免了坏样本对模型的影响,简化了LS-SVM模型。改进后的最小二乘支持向量机算法被用于建立双进双出钢球磨煤机直吹式制粉出力的软测量模型。分别对改进前后的模型进行仿真验证,改进后的均方误差为0.022 7,比改进前减小了0.011 9,其收敛速度也更快,更加适用于在线学习。

永磁同步电机驱动电动汽车速度自适应控制83-89

摘要：针对电动汽车行进过程中复杂的车辆运行环境易造成驱动电机参数变化和系统外界干扰引入的现象,研究永磁同步电机驱动电动汽车行进速度的自适应跟踪控制问题。将电动汽车驱动部分与传动系整合,建立整个系统的非线性数学模型。针对该系统本身的非线性、强耦合性等特点,同时考虑实际系统中一些物理量出现的变化,运用非线性反步法结合解耦控制技术,综合设计系统的非线性自适应控制器。理论分析表明,即使在系统参数不确定性和负载扰动存在的情况下,仍能保证整个闭环系统的稳定性。仿真结果验证了该方法可以有效地克服系统的非线性特性及运行过程中参数变化和负载扰动引起的跟踪误差,达到期望的运行性能。

不确定系统的变采样控制90-94

摘要：针对如何设计一个状态反馈采样控制器使得具有参数不确定性的系统是指数稳定的问题,研究线性不确定系统的采样控制问题。基于输入延迟方法,将采样控制系统转化为具有时变延迟的连续系统,其中系统矩阵的参数不确定性是时变范数有界的且采样区间是有已知上界的。结合Lyapunov稳定性理论引入了一个新的时间依赖Lyapunov函数,以线性矩阵不等式的形式给出了在变采样情况下不确定系统指数稳定的充分条件,并通过具体的仿真算例验证该充分条件的正确性。仿真结果同时说明了采用该方法进行设计的状态反馈控制器可使被控系统具有较好的鲁棒稳定性。

电动汽车EPS系统阻尼工况Bang-Bang-PID控制95-100

摘要：电动助力转向（EPS）系统是电动汽车设计装配过程中的关键部件之一,EPS的阻尼控制可提高汽车高速行驶时横摆角速度的收敛,改善转向稳定性。建立EPS系统动力学模型和汽车三自由度转向模型,分析电动机转速与输出转矩之间的制动转矩关系,设计阻尼系数随车速的变化规律。设计Bang-Bang-PID控制算法,进行了仿真分析。以某微型轿车为试验对象,设计了汽车EPS系统实车试验平台,在80 km/h直线行驶状态下进行阻尼控制试验。结果表明：与无控制相比,原车控制的最大把持力矩降低49.45%,Bang-Bang-PID控制的最大把持力矩降低57.14%;与原车控制相比,Bang-Bang-PID控制的最大把持力矩降低7.69%。系统具有更短的收敛速度和更强的抗干扰能力,提高了汽车的行驶稳定性。