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电机与控制学报 2016年第05期杂志 文档列表

全数字转差轴角变换器1-6

摘要：针对双转子电机在实现精确矢量控制时需要其内外转子的相对转速／相对转角信息的问题，提出一种基于旋转变压器测量双转子电机内外转子的相对转速／转角的方法。首先，基于坐标变换对旋转变压器的全数字轴角变换算法进行改进，设计一种全数字转差轴角变换算法，使改进后的算法可对相对转速／相对转角进行精确闭环跟踪，而且轴角变换算法的复杂度较直接求差获得相对转速／转角可以减少一半，使其易于实现。其次，通过仿真分析验证全数字转差轴角变换算法的正确性，并基于TMS320 F2812设计相对转速／转角测量系统，进行相关的硬件设计和软件设计。最后，通过实验验证了所设计系统的可行性。

电力电子非线性负载数字化实现方法7-13

摘要：针对电力电子负载模拟非线性负载算法中存在的计算繁琐、准确度不高的问题，提出一种数字化实现方法。该方法是依据三相不控整流桥输入电压瞬时值与直流侧电压的数学关系以及二极管的导通条件，获得其七个工作阶段的判定条件，再利用后向差分法数字求解不同工作阶段的电路微分方程。得到三相不控整流桥的输入电流，作为负载模拟变换器电流环的控制指令信号，并在αβ坐标系下采用比例谐振控制器跟踪交流参考电流。仿真及实验结果表明了所提出的方法具有计算简洁，准确度高，响应迅速等特点。

功率变换器去耦电容参数选择与过电压预测14-22

摘要：功率变换器在高速开通与关断的过程中产生的电磁干扰影响系统的正常运行，提出一种基于绝缘栅双极晶体管（ insulated-gate bipolar transistor，IGBT）开关模块的功率变换器电磁干扰（ elec-tromagnetic interference，EMI）噪声源建模方法，可以精确的预测整个传导干扰频段内的EMI噪声。分析去耦电容对电路的影响，基于IGBT模块等效电磁干扰噪声源模型来预测功率变换器产生的过电压，通过对过电压的分析选择去耦电容的参数，整个分析体现如何应用该模型进行参数选择的过程。最后，仿真和实验表明参数选择的正确性。

厚金属板与任意方位圆柱线圈间的电磁力计算23-27

摘要：针对一个交流电激励的圆柱线圈倾斜放置于金属板上方时，它们之间的电磁作用力无法以传统方法进行解析计算的问题，引入高阶矢量势求解该问题，并采用矢量分析和Struve函数化简，可得到适用于任意方位圆柱线圈的二重积分表达式。所得结果表明任意方位圆柱线圈至多受到两个方向力的作用。在线圈轴垂直或平行于导电板的特殊情形，表达式可进一步简化为单重积分，而线圈将只受垂直力的作用。随后以数值算例对给出公式的有效性进行验证。数值结果表明，对于线圈轴的某个倾角，垂直力分量周期均值可以为零，而水平力分量周期均值将在某个倾角处达到最大值。当线圈通以直流电时，仅当金属板的磁导率与空气磁导率一致时线圈才不受电磁力的作用。

高速永磁同步电机电枢电流谐波分析28-36

摘要：在高速永磁同步电机谐波分析中，主要有解析和仿真两种方法。解析法则适用于连续系统，而仿真法适用于离散系统的，但两种方法之间关联性问题研究相对较少，针对此问题，提出一种基于空间矢量脉宽调制（ SVPWM）技术电枢电流谐波解析法和仿真法内在关联的分析方法。根据连续函数和离散函数的傅里叶级数公式，分析了这两种方法在谐波计算中偏差的分布规律。分析结果表明，采样频率和负载是离散电枢谐波计算的主要影响因素，随着采样频率的升高电枢电流谐波呈现振荡阻尼衰减的特性，并收敛于连续系统的解析值，而负载则能降低振荡幅值和提高收敛速度。构建了基于DSP的永磁同步电机系统实验平台，实验结果验证了该分析方法的有效性。

一种单相级联 H 桥整流器电压快速平衡方法37-44

摘要：无工频变压器牵引传动系统是实现高速动车组轻量化的有效方式与发展趋势，以解决其前端单相级联H桥整流器（ CHBR）直流侧电容电压不平衡问题为研究目标，开展以实现负载严重不对称情况下直流侧电压快速平衡的控制方法研究。分析了已有典型直流侧电压平衡控制方法的缺点，提出了一种基于电压补偿分量注入的单极性载波移相脉宽调制（ CPSPWM－VOI）算法，该算法易于扩展到多个H桥级联的情况。与已有典型直流侧电压平衡控制方法对比，该方法具有更快的直流侧电压平衡速度和更强的直流侧电压平衡能力。计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的有效性及理论分析的正确性。

VIENNA 整流器的指令电压辅助区间判断SVPWM 控制45-52

摘要：针对三相三开关三电平整流器（ VIENNA整流器）的空间矢量脉宽调制（ SVPWM ）控制问题，提出了一种指令电压辅助区间判断的SVPWM控制方法。依据VIENNA整流器的拓扑结构和数学模型，研究了传统SVPWM 控制方法的实现流程。分析了单位功率因数工况下的交流侧相量关系，给出了电流矢量和电压矢量的固定关系。通过对电压空间矢量平面进行扇区划分，给出了指令电压辅助区间判断SVPWM 控制方法的实现流程。实验结果验证了该方法的正确性和有效性。该方法不需要进行电流区间判断，简化了控制算法实现过程，并且该方法提高了电压空间矢量平面扇区的划分数量，提高了电流控制分辨率。该方法可广泛应用于开关电源的输入整流模块中。

多重联结大功率直流电源控制策略研究53-59

摘要：大功率直流调速电源为提高功率因数采用顺序控制的多重联结整流器，但浅度控制时谐波较大，给电网带来了不容忽视的谐波危害，采用对多重联结整流器在顺序控制和同步控制时的输入侧电流的基波、谐波、谐波总畸变率、基波因数、功率因数等进行了波形及理论的对比分析方法，给出计算公式，得到了减小谐波的最佳控制策略。经过仿真与实验证明对于多重联结的大功率整流器的控制在深度控制时采用顺序控制，浅度控制时采用同步控制（并行控制）是大功率多重联结整流器的最佳控制策略，能实现在功率因数不变的前提下大幅度减小谐波。

感应电机 Super-twisting 算法定子磁链观测器设计60-67

摘要：为了提高感应电机定子磁链的观测精确度，提出了一种基于Super-twisting算法的磁链观测方法，设计了定子磁链观测器，并应用到感应电机直接转矩控制中。依据滑模变结构控制的鲁棒性特点来抑制多输入多输出定子磁链观测器系统中的扰动。利用Super-twisting算法所需信息少的优点，设计了简单的控制律，从而更适合于实际工程应用。在对观测器稳定性进行分析时，将转速和耦合量看作扰动来处理，并给出了系统一致渐近稳定的充分条件。与常规电压模型法相比，基于Super-twisting算法的定子磁链估算值更加准确，且对电机定子电阻参数变化具有更强的鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。

一种变参数比例积分控制 BUCK 变换器设计68-76

摘要：BUCK变换器中存在诸如系统参数不确定、输入电压变化、输出负载变化等多种扰动，这些扰动对BUCK变换器的输出有很大影响，而采用传统的比例积分控制（proportional integral，PI）方法很难取得满意的控制效果。为此，在传统的PI控制策略的基础上，提出了变参数比例积分（ varia-ble parameters proportional integral，VAPI）控制策略以解决系统干扰的问题。由于VAPI控制器不仅具有传统PI控制器瞬态响应速度快和消除静态误差等的优点，同时还能在不同的阶段调整相应的参数，使得BUCK变换器在每个阶段都有更好的特性。首先用变参数比例积分器替换常规的比例积分器，然后设计扰动观测器观测出参数摄动与负载变化带来的系统扰动，将其作为补偿量补偿到前馈通道，提高系统的收敛速度与抗扰动能力，最后通过仿真和实验，分别验证了该算法的有效性。

横向磁场永磁直线电机连续往复运行时温度场计算与分析77-83

摘要：根据横向磁场永磁直线电机在直线运动系统中的具体应用，对连续往复运行工况下电机的温升特性进行了研究。在综合考虑电机结构和运行状态特殊性的基础上，首先，建立横向磁场永磁直线电机包含机壳端盖在内且计及电枢绕组三维结构的温度场计算模型；其次，应用传热学理论，在考虑电机热源、工作状态和电机各部分热交换等因素的前提下，给出电机中材料的热传导系数、比热容以及各个表面散热系数的确定方法，同时，给出动子表面的散热系数、气隙间动子外表面和定子内表面的散热系数随速度的变化规律；最后，计算电机在连续往复运行工况下的瞬态温度场，并通过样机实验对温度场的计算结果进行了验证。

永磁同步电机滑模变结构鲁棒控制84-89

摘要：为了克服常规PID速度控制器的缺点，有效抑制状态变量的超调问题，加快转子的收敛速度，增强系统的抗干扰性，提出了一种用于表面式永磁同步电动机的上下界滑模变结构速度控制器。与常规PID速度控制器不同，该控制器将速度误差与系统状态量的变化相关联，通过预设负载转矩的上下界值来实时改进滑模控制率。该控制器可取代常规PID控制器应用于永磁同步电动机矢量调速系统中。仿真和实验结果表明，基于上下界的滑模变结构控制器能够有效地提高系统的静态、动态特性与鲁棒性。

切向电磁力对电动车动力总成振动噪声的影响分析90-95

摘要：为了研究电动车的高频电磁噪声问题，以电动车动力总成为研究对象，综合考虑电机电磁径向电磁力波和切向电磁力波，建立了动力总成有限元分析模型，采用一种弱磁－固耦合的方法对动力总成的电磁振动噪声特性进行分析，研究切向电磁力对系统振动噪声特性的影响。在半消声室中，对动力总成进行振动加速度及辐射噪声测试，以验证仿真分析方法的准确性。研究结果表明，电机与减速器集成后，切向电磁力对电机振动噪声影响不大，但对减速器产生了不可忽略的影响，在2000 Hz和2400 Hz处，切向电磁力在减速器表面产生了明显的振动，并且对减速器表面2000 Hz～2400 Hz范围内的声场贡献较大。研究结果对电机的电磁参数和结构进行改进和优化设计，为降低电机的电磁振动提供理论依据和试验支持。

压电驱动器系统的控制设计96-102

摘要：针对压电伺服系统中执行机构的应用特点，分析指出压电超声马达不适宜用作高精度伺服系统中的执行机构，而是应该采用压电堆驱动的执行机构。对于压电堆驱动器的迟滞特性，提出采用便于进行仿真研究的Bouc－Wen迟滞模型，用Bouc－Wen模型分析了压电堆驱动器的非线性迟滞特性和它的补偿问题。提出了采用基于负反馈原理的扰动观测器来补偿迟滞，进一步分析了具有迟滞特性的压电伺服系统的自振荡问题，并与齿隙滞环引起的自振荡进行了比较，指出带压电滞环反馈的系统中是不会出现自振荡的。基于上述分析，提出了一种压电伺服系统的设计指导，并给出了仿真结果。

高超声速飞行器 RBF 神经网络滑模变结构控制103-110

摘要：针对高超声速飞行器高度非线性及强耦合的特点，提出了一种基于RBF神经网络调参的滑模变结构控制器。滑模变结构控制器能够使高超声速飞行器稳定飞行，但在系统状态到达滑模面后会产生剧烈的抖振现象，不利于工程应用。 RBF神经网络在一定条件下可以任意精度逼近非线性函数，且具有较强的自学习、自适应和自组织能力。将RBF神经网络与滑模变结构控制相结合，一定程度上能够消除滑模控制的抖振问题。在高超声速飞行器的巡航状态下，分别加入高度阶跃指令和速度阶跃指令进行了仿真。仿真结果表明，所设计的RBF神经网络滑模变结构控制器使高超声速飞行器在保证快速性、鲁棒性和抗干扰性的同时，克服了执行机构的抖振问题。

坦克炮控系统直传式驱动及其死区补偿控制111-118

摘要：针对一种基于座圈电机的直传式炮控系统中SVPWM调制死区导致逆变器输出电压发生畸变，从而引起电流和转矩波动，影响系统低速平稳性的问题，首先分析了座圈电机的设计与控制模型；然后从分析逆变器单相桥臂死区原理入手，讨论了电压矢量空间中驱动死区效应及其与三相电流方向的关系，并据此建立了死区效应的等效电压扰动形式；在此基础上提出了基于自抗扰技术的死区补偿控制策略。仿真与试验表明，该方法能够很好的抑制死区影响，有效减小电流和转矩波动，同时其算法简洁，易于工程实现。