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摘要:长初级双边直线感应电动机采用电流内环与位置外环相结合的双闭环控制策略时,内外反馈环引入的时间延迟恶化了控制系统的性能。针对电流内环具有确定性时延,采用了传递函数有理化的分析方法,同时针对位置外环网络传输时延的不确定性,设计了基于网络状态估计的PID参数增益调度方法对时延进行补偿。利用Matlab/SIMULINK建立了长初级双边直线感应电动机模型来分析上述时延补偿策略,仿真表明该方法是可行的。实验结果显示,采用该方法位置偏差小于0.12%,速度误差小于0.3%,进一步验证了理论分析的正确性。
摘要:针对多变量约束条件的永磁同步电机(PMSM)调速问题,提出一种稳定模型预测控制(MPC)策略。采用更加简单、精确的PMSM线性化模型设计一个线性MPC控制器;在线性MPC策略中引入终端函数和终端多面体不变集概念,通过构造包含多变量约束条件的线性规划问题,使线性MPC控制器能够保证系统的闭环稳定性。与传统抗饱和(Anti-Windup)方法相对比,MPC显示出在多变量系统和多变量约束条件下的应用优势及潜力。仿真结果表明,稳定MPC控制器结构简单,计算量小,静、动态性能优异,鲁棒性强。
摘要:传统Z源逆变器最大恒定升压控制策略能够在任意给定调制比下获得最大的电压增益,电感中不含有与输出频率有关的电流纹波。针对该升压控制策略导致开关频率增倍,而且需要额外的数字逻辑器件辅助实现的问题,提出一种改进型最大恒定升压控制策略,在SVPWM的基础上,通过调整同桥臂的开关管开通、关闭时刻,实现直通的插入。与传统最大恒定升压策略相比,该调制不仅能够有效降低开关频率,还能够在单周期内插入6段直通状态,增加电感电容充电频率,从而减小Z源网络中组件体积。另外,在该调制策略下电容电压是恒定的,能够有效减小在高直通比时电容电压应力。通过仿真和实验结果验证了改进型最大恒定升压调制策略的优点。
摘要:为了研制用于自由活塞斯特林发电机的直线电机,完成动圈式直线电机结构设计,模拟并测试电机磁场强度,对发电机的输出特性进行实验研究。采用有限元软件ANSYS计算电机的磁场密度,并与测试结果进行比较,气隙宽度为6 mm时,磁通密度为626 mT,计算结果与测试值一致;搭建动圈式发电机的输出特性测试系统,进行实验研究。实验结果表明,磁场中线圈长度和电机频率不变时,有效输出电压随线圈位移线性增大,斜率与线圈阻抗和外接负载有关;系统的固有频率计算值为16.5 Hz,当工作频率远离系统固有频率时,电机输出电流随工作频率的增大而变小,系统效率最高为20%。
摘要:针对永磁电机中不同充磁方式时磁场的分布和强度不同,分析了径向、平行和Halbach 3种磁体结构,建立了内转子和外转子永磁电机的有限元分析模型,对比3种充磁方式时永磁电机气隙磁场的分布特点,明确了3种充磁方式的适用场合,给出了极对数和永磁体厚度对电机气隙磁场分布影响的变化规律。结果表明:采用平行充磁的内转子永磁电机有更大的气隙磁密,而外转子永磁电机采用径向充磁时的气隙磁密较大;Halbach磁化结构可提高气隙磁密波形的正弦分布程度,减小转子轭部磁密,适合于多极的永磁电机。
摘要:为适应无轴承运行控制技术走向高速大功率领域的需要,对三相无轴承异步电机的控制模型、策略和系统进行研究和设计。经理论解析推导出激磁电感模型、基于转矩系统气隙磁链的可控磁悬浮力模型和不稳定单边磁拉力解析式,给出单边磁拉力前馈补偿方法,详细介绍四极转矩控制系统和二极磁悬浮控制系统的结构和控制原理;针对样机进行磁悬浮解耦控制系统的仿真分析和实验研究。仿真和实验结果表明,在加速起动过程和稳态运行状态中,都能实现可靠的悬浮运行。所给出的三相无轴承异步电机解耦控制模型、策略和系统是实用可行的。
摘要:为了提高永磁力矩伺服电机的转矩性能,研究了气隙磁场波形对六相永磁力矩伺服电机转矩的影响。提出采用准梯形波气隙磁场提高气隙磁密基波幅值,增加电机转矩密度的方法。分析了准梯形波气隙磁场六相永磁力矩伺服电机能够实现高转矩密度和低转矩脉动的原因,给出准梯形波气隙磁场六相永磁力矩伺服电机的具体设计方法。在永磁材料用量和供电电流相同的条件下,仿真比较了准梯形波气隙磁场和正弦波气隙磁场的六相永磁力矩伺服电机的转矩性能。仿真结果表明:准梯形波气隙磁场的六相永磁力矩伺服电机具有较高的转矩品质。
摘要:针对适用于电力电子器件结温模拟和探测方法,分别采用RC热网络法、有限元(FEM)数值计算法、热敏电参数法和红外热探测法4种结温分析及探测方法在同样加热电流时对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)结温特性进行了深入比对研究。比对研究结果表明在很多对温度分布不要求精确确定的工程应用场合,可用RC热网络模型法和热敏电参数法进行模拟和间接测量即可,而在对芯片表面温度分布要求精确确定的场合,应使用FEM数值计算法和红外热探测法进行精确模拟和非接触式测量,且该两种方法还可用于模块失效分析、寿命预测和可靠性评估分析和建模研究。
摘要:为降低混合SF6/N2气体绝缘中SF6的含量,及对绝缘中空气气隙进行局部放电在线监测,以其主要成分氮气作为研究对象,建立一维自洽流体力学的气体放电模型,其中包括电子和离子的连续性方程和动量方程,且耦合了泊松方程,研究了短间隙氮气放电过程及其动力学特性。通过求解气隙放电的非线性方程组,得到了不同电压下氮气气隙放电的时间演化过程,并以二维和三维相图表现了内部放电参量的关系,仿真获得了电场、电子密度和正离子密度的时空分布,由计算结果可知,放电空间在电场强度超过临界值时会形成放电电流脉冲,使其经过短时傅里叶变换获得时频值图像可以较好地描述短间隙气体放电的特征。
摘要:针对现有电力电子变换器潜电路分析方法存在的不足,提出了基于开关布尔矩阵分析电力电子变换器潜电路的统一方法。根据电力电子变换器的开关状态,建立变换器的开关布尔矩阵,通过布尔运算消去全开关布尔矩阵中的正常工作模态开关向量以及无效开关向量,得到变换器的潜开关布尔矩阵,进而辨识出变换器中存在的潜在开关路径和潜电路模态。以Matlab为平台设计了相应的算法程序,潜电路分析结果用电路模型文件的形式保存。以ZVT-PWM Buck变换器为例,分析了其中存在的潜电路现象,验证了所提出方法的正确性和有效性。
摘要:针对弱混合动力汽车中带式驱动启动发电机(BSG)的励磁绕组驱动电路存在的非线性问题,以及发动机舱各种外部干扰导致传统的PWM技术难以使控制电流输出达到最优的问题,依据滑模变结构控制理论,采用电流观测器的方法,建立BSG电机励磁绕组驱动系统的数学模型,给出电流观测器的控制算法,利用滑模变结构控制鲁棒性好的优势对BSG电机励磁电流进行在线整定。仿真和试验结果表明,该方法的阶跃响应时间为10 ms,跟踪电流最大超调小于5%,增强了系统的自适应能力,提高了BSG混合动力轿车启动性能,并且具有较好的电流跟踪效果,降低了成本。
摘要:针对一类多子系统之间具有强耦合关系的非线性系统,提出自适应蚁群滑模控制方法。依据等效滑模控制理论,建立滑模算法控制结构图,用于解耦非线性耦合系统;根据自适应蚁群算法建立了多变量蚁群算法的图形表示,对滑模控制中的滑模面斜率进行优化,来削弱"抖振"现象。该方法可以用较小的计算量对耦合系统自然解耦,并利用蚁群算法的并行特性来优化参数。将该方法应用到三轴摇摆台控制系统中,仿真结果表明,与其他算法相比,超调量减小50%,上升时间和调节时间也明显减小,且有较好的控制效果和鲁棒性。
摘要:根据铝箔轧制中张力控制的特点,给出针对双电机串轴驱动的主从传动控制方式。针对铝箔轧制过程中张力控制精确度要求高的问题,通过对间接恒张力控制策略各个组成部分的详细分析,找出影响张力控制精确度的几个关键参数。在研究传统卷径计算方式缺陷的基础上,给出使用激光测距直接获取精确卷径的方法;通过摩擦转矩测试获得了不同转速下的摩擦转矩,有效避免了摩擦转矩设定为常数对静态张力的影响;根据输出转矩与转动惯量的关系,提出了影响动态张力的转动惯量精确测量方法。在某铝箔轧机的应用效果表明,该张力控制策略取得了静态±1%、动态±2%的张力控制精确度。
摘要:针对时序背景下的聚类问题,提出一种基于小波和改进自组织过程神经网络的时序聚类方法,首先应用小波变换对原时序数据进行小波分解,在保留相关聚类特征的原则下,对信号进行重构;然后将重构信号拟合为时变函数作为过程神经网络的输入,应用改进的竞争算法训练自组织过程神经网络,利用过程神经网络输入为时变函数的特点,将经过小波处理后的时序信号特征充分考虑到聚类分析中,网络提取输入函数隐含的过程式模式特征并进行自组织,给出了改进的竞争学习算法;最后应用UCI数据集聚类结果表明,该方法在聚类正确率、网络运行时间和收敛速度上均有提高,同时在聚类质量、聚类速度方面表现出良好性能,能有效地应用于时序聚类。
摘要:针对线性系统有限时间稳定并满足一定性能指标的控制器设计问题,结合有限时间有界与有限时间输入输出镇定方法,给出了满足性能约束的充分条件和状态反馈控制器的设计方法。而后将此方法应用于航天器控制力矩陀螺外框电机控制设计中,其目的是在理论上严格保证系统的某些状态有界,同时利用事先给定的有限时间区间满足系统的动态品质需求。仿真结果表明:加入控制器的闭环系统能快速跟踪参考信号,同时电流值亦能满足预先在不同时段给定的界。
摘要:为研究凸极同步发电机进相试验中进相无功及功角的限值问题,建立了两种不同进相试验条件下凸极同步发电机静态稳定功率方程。通过对两个功率方程的数值分析,揭示了凸极同步发电机静态稳定极限功率和极限功角随试验电压及电气参数的变化规律,以及发电机饱和对静态稳定的影响。研究结果表明,凸极发电机低负荷时的进相深度主要取决于其q轴电抗;相同条件下d、q电抗越小发电机允许的进相无功和其极限功角越大;进相试验电压对极限无功影响较大,但对极限功角影响很小;利用发电机不饱和参数计算出极限无功和功角比较保守,以此为依据进行进相深度的控制可以保障机组的运行安全。
摘要:为了研究助力特性对汽车的操纵稳定性和转向路感的影响,建立电动助力转向(EPS)系统动力学模型和汽车三自由度转向模型,设计转向盘力矩函数和车速感应函数,确定曲线型助力特性曲线的参数和形式。基于某微型轿车设计实车试验系统,进行原地转向试验、双纽线试验和蛇形试验。试验结果表明:曲线型助力特性可以在转向轻便性和路感之间达到一个较理想的平衡点;原地转向试验的转向轻便性峰值和标准差分别提高48.11%和49.65%,双纽线试验的转向轻便性峰值和标准差分别提高60.03%和57.84%,蛇形试验的转向轻便性峰值和标准差分别提高41.94%和41.36%;EPS控制有效提高了汽车的转向轻便性,降低了驾驶员的疲劳强度。