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电机与控制学报 2016年第06期杂志 文档列表

平面开关磁阻电机模型参考自适应位置控制1-8

摘要：为了提高平面开关磁阻电机的位置精确度,研究一种基于模型参考自适应控制理论的平面开关磁阻电机控制方法。采用最小二乘法辨识了平面开关磁阻电机的线性化模型参数,根据李亚普若夫稳定性理论,以力指令为控制量并采用输入输出变量设计了平面开关磁阻电机模型参考自适应位置控制器,基于dSPACE半实物实时仿真系统,构建了实时在线控制实验平台,进行了平面开关磁阻电机的模型参考自适应位置控制实验。研究表明：基于模型参考自适应控制的平面开关磁阻电机系统能平稳、准确地跟随给定位置,提高了电机位置精确度,验证了提出的平面开关磁阻电机模型参考自适应控制方法的可行性和有效性。

三相APF考虑饱和限幅稳定性控制方法9-16

摘要：针对APF（active power filter）在控制中的混杂特性和饱和非线性问题,提出一种将切换算法和空间电压矢量控制算法相结合并应用于考虑饱和限幅的三相APF的控制策略。该方法首先建立三相APF的切换仿射线性系统的误差模型,根据Lyapunov相关定理及凸集理论,为考虑饱和限幅的三相APF找到了一种新的、保守型更小的切换率。然后根据三相电源电压构成的空间电压矢量图及波形图,三相电源电压被分成六个扇区,再根据凸组合稳定条件,在每个扇区内找到可以保证系统二次稳定的开关子系统的组合,在这些子系统的组合中选取使得Lyapunov函数导数最小的子系统。最后仿真分析和实验结果证明了所提出方法的可行性和正确性。

控制策略与载波比对电机损耗与温度场的研究17-25

摘要：以一台2 000 r/min、12.5 k W的永磁伺服电机为研究对象,根据电机实际结构与控制参数建立两种控制策略的永磁伺服电机二维瞬态有限元场路耦合模型。然后对采用正弦波控制策略的二维瞬态有限元场路耦合模型进行计算,通过与实测结果对比,验证计算方法的准确性。在此基础上,详细研究采用方波控制和正弦波控制时载波比对电机定子铁耗与转子护套涡流损耗的影响。最后,根据稳态传热理论,建立永磁伺服电机三维全域温度场有限元模型,分别对采用上述两种控制方式不同载波比情况下电机的温度场进行了计算,研究了电机各部件的温度变化规律。研究内容为永磁伺服电机控制方式及控制参数的选择提供参考依据。

某无刷励磁机通风冷却数值模拟研究26-31

摘要：为了研究隐极同步电动机配套用无刷励磁机的通风方案中冷却空气的流动路径及冷却特点,依据流体动力学原理理论,采用有限体积法,建立了某新型无刷励磁机相对地面结构的1/2为物理模型,研究了无刷励磁机通风冷却方案的流动路径、流场和温度场,并给出了通风方案的冷却特点及流场和温度场的分布特点。计算结果表明,该励磁机方案的最高温度位置出现在靠近整流盘侧的转子线棒端部,绝缘均不超温。与某电机研究所采用等效风路法所得该方案相同工况下计算值相比,该通风方案数值模拟进风量误差为5.6%,为进一步优化该励磁机冷却风路系统提供了理论依据。

三电平ANPC变换器SVPWM优化控制方法32-41

摘要：有源中点钳位型拓扑是一种能够克服传统的二极管钳位型和电容钳位型拓扑缺点的新型多电平拓扑。在对三电平有源中点钳位型变换器工作状态进行分析的基础上,对各开关管通态损耗和开关损耗进行了研究;提出一种空间矢量的优化控制算法,该算法在维持了空间矢量调制方法的直流电压利用率高及有效控制中点电压平衡等优点的同时,有效控制了每相开关管的损耗分布平衡,防止了热量的过分堆积,并且降低了传统有源中点钳位变换器算法复杂度,减少对温度采样电路数量的要求;最后搭建了三电平有源中点钳位型变换器仿真和实验平台对控制策略的有效性进行了验证。

考虑谐波及集肤效应的电工钢片旋转异常损耗计算与测量42-49

摘要：为了准确计算电工钢片的旋转异常损耗,根据谐波分析原理对建立的电工钢叠片有限元模型进行时步有限元仿真;基于旋转铁心损耗计算模型,通过考虑涡流集肤效应对旋转损耗系数的影响结合钢片在中低频率下的损耗测试获得叠片损耗计算的关键系数,间接求得电工钢片中旋转异常损耗的计算式。利用构建的新型三维磁特性测试系统对典型电工钢叠片样品进行椭圆形旋转与交变励磁方式下的宽频铁耗实验测量,并定量地进行了对比与分析。结果表明：2种励磁方式下叠片损耗的变化规律相类似,但其椭圆形旋转各损耗都要比交变时的对应损耗大,必须认真考虑谐波、集肤效应和旋转励磁等对材料特性的影响;所计算出的旋转异常损耗也是相对较小,在1 k Hz时也未占到旋转总铁耗的5%。从而验证了所推导出的计算式和测量手段的正确性与可行性。

区间二型模糊PI/PD控制器设计与结构分析50-62

摘要：针对模糊控制器内部工作机理未知的问题,提出一种区间二型（IT2）模糊PI/PD控制器,并推导了该IT2模糊控制器的解析结构。该模糊控制器采用Mamdani型规则形式,为每个输入变量仅分配两个IT2模糊集合,具有规则数量少、规则不确定性影响小、控制输出平滑等优点。根据IT2模糊控制器的降型特点,将整个输入空间划分为15个分区,进而推导出在每个分区上控制输出的数学表达式,证明出该IT2模糊控制器等效为具有变增益的非线性比例积分（PI）或比例微分（PD）控制器。最后,在仿真和实验中与相对应的一型模糊控制器和传统PI控制器的控制效果进行对比,验证了该IT2模糊PI/PD控制器的有效性。

任意空间位置线圈的互感计算方法63-67

摘要：磁耦合谐振式无线电能传输技术通过空间分离线圈之间的电磁耦合实现电能的无线传递,耦合线圈尺寸的不同和相对位置的变化会引起线圈间的互感变化,继而影响无线电能传输系统的特性。以常见的矩形截面空心线圈为分析对象,对任意空间位置线圈间互感的计算方法进行研究,通过纽曼公式和细分求和法推导了互感的理论计算公式,为静态和动态无线电能传输系统的设计提供支持。在耦合线圈具有不同轴向距离、径向偏距及旋转角度等空间位置情况下,公式编程计算和实验测量结果都具有一致性,证明了计算方法的正确性。

磁极分段式高速轴向磁通永磁电机转子强度研究68-76

摘要：为了满足机械强度要求,高速永磁电机通常采用径向磁通结构。随着非晶合金等新型超薄软磁材料的发展,高速高频轴向磁通永磁电机逐步引起关注。为此,针对一种适合于高速运行的磁极分段式轴向磁通永磁电机转子结构进行研究。建立了该转子结构强度解析计算模型,分别利用解析法和有限元法计算了不同极弧因数、转子轮缘宽度以及转子磁极分段数对转子机械强度的影响规律。同时研究了磁极分段式结构对轴向磁通永磁电机气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩和转矩密度等电磁性能的影响。结果证明采用磁极分段式结构能有效提高转子强度,相关研究工作为高速轴向磁通永磁电机的设计提供参考。

新型结构高速无槽永磁同步电机研究77-86

摘要：针对高速无槽电机电感普遍较小的问题,提出了一种新型结构的高速无槽永磁同步电机。该电机的定子采用一种集成电感的新型无槽结构,由一种新型无槽定子铁心和背绕式绕组两部分组成,能够显著增加每相绕组的漏感;转子采用双层Halbach永磁阵列,可以得到很高的气隙磁密正弦度。首先重点介绍了集成电感的无槽电机定子的结构,分析了漏感增加的机理。通过解析法得到了附加漏感的计算方法,并分析了附加漏感与定子结构尺寸的关系。其次介绍了双层Halbach永磁阵列的结构和特点。通过仿真分析,将新型电机与普通无槽电机的特性进行了对比,验证了增加漏感的优势。最后,制造了一台新型高速无槽永磁同步电机的样机,通过实验证明了新型电机的有效性。

基于功率潮流分析的电能计量新方法87-93

摘要：针对非平稳畸变信号条件下电能准确合理计量问题,在非线性负载泛函级数模型的基础上,进行了功率潮流分析并提出畸变信号条件下电能计量新方法。根据泛函级数理论中Wiener核与Volterra核转换定理求得负载的Volterra核,应用Volterra级数理论将正弦输入信号条件下负载输出电流与电压用Volterra泛函级数表示。利用小波分解与重构算法对电流与电压信号进行分解与重构,求出功率潮流分析所需电流与电压的基波分量与畸变分量。结合IEEE-Std1459-2010标准定义,以半导体整流器、电力机车及两者组成的复合系统为例,对非线性负载进行功率潮流分析,依据各功率潮流的物理意义及潮流方向,提出畸变信号条件下电能计量新方法。仿真结果表明非线性负载功率潮流仿真结果与理论结果一致,基于功率潮流分析的电能计量新方法能够实现畸变信号条件下电能的合理计量。

XLPE电力电缆附件局部放电测量与分析94-101

摘要：为研究XLPE电力电缆附件现场常见典型缺陷的放电特征,在3根电缆实体上分别设计制作了中间接头尖刺、主绝缘划伤和终端头应力锥错位3种放电模型,建立了基于PDBase的局部放电测量分析系统。对比研究了3种典型缺陷的局部放电特征,分析了放电次数相位分布谱图Hn（φ）、放电最大幅值相位分布谱图Hqmax（φ）和放电幅值分布谱图H（q）3种统计特征。试验结果表明,不同缺陷类型其放电发展过程不尽相同,呈现的PRPD谱图、单个脉冲波形、相位分布趋势及统计特征区别明显;而同一缺陷在相同条件下其放电特征呈现出相似规律且重复性好;这些特征为进一步开展电缆附件放电机理研究及放电类型的模式识别提供了有力的试验依据。

基于熵权与混合模型的永磁驱动器的优化设计102-108

摘要：针对永磁驱动器（PMD）的结构设计问题,提出一种基于改进熵权法结合混合模型的优化设计方法。首先利用基于交叉验证误差的最优加权法,将响应曲面法、克里金法以及支持向量机回归结合起来,构建PMD的参数变量与响应变量之间的混合模型;然后引入改进的熵权法,将PMD的多指标转化为单一综合指标,并建立其优化的数学模型,通过自适应权重粒子群优化算法求解;最后对结果进行有限元仿真分析和实验室仿真平台验证。研究结果表明,所提出的优化设计方法优于其它方法,得到的PMD结构参数合理有效,较好的实现了PMD的多目标优化设计。

对非合作目标逼近的非奇异终端滑模控制109-116

摘要：针对失控慢速翻滚非合作目标终端逼近过程的六自由度控制问题进行研究。首先,建立适用于任意偏心率的相对轨道和姿态动力学模型。其次,将系统的外部扰动、模型不确定性及系统非线性项统一表示为“总扰动项”,并基于扩张状态观测器的相关理论,设计用以获得“总扰动项”估计值的扩张状态观测器。在此基础上,利用非奇异终端滑模控制理论,设计仅需相对位置和姿态测量信息的非奇异终端滑模输出反馈控制器。基于Lyapunov理论证明了系统稳定性。所设计控制器具有模型独立的特点,克服了航天器动力学参数的不确定性,并且可在有限时间内跟踪期望轨迹。最后,通过数值仿真验证了控制器的正确性和有效性。