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电机与控制学报 2016年第12期杂志 文档列表

磁共振式无线电能传输相控电容调谐新方法1-8

摘要：研究了磁共振式无线电能传输的传输效率,指出获得高传输效率的关键在于提高谐振电路的品质因数;针对高品质因数谐振电路的易失谐性,提出一种基于相控电容的谐振电路调谐方法：通过改变相控电容的相位角,等效形成一个可变电容,用此可变电容对谐振电路进行调谐,从而稳定传输效率和功率。分析相控电容调谐原理,设计相控电容调谐电路,给出相位与等效电容之间的对应关系,并采用仿真和实验的方法对其调谐特性进行了验证。结果表明：相控电容调谐具有一定的可行性,可使磁共振式无线电能传输在耦合改变时,通过谐振补偿来维持电能传输的稳定性,因而对其推广应用具有重要意义。

单元串联变频器IGBT故障诊断方法9-16

摘要：针对单元串联多电平高压变频器的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）故障检测问题,基于镜像电流源原理,搭建通过功率单元直流母线电压控制的逆变桥臂输出电压逻辑检测电路,并给出功率单元输出逻辑与驱动信号逻辑的关系,通过动态判别逻辑关系的正确性,诊断出IGBT的故障状态。实验结果表明,该方法诊断迅速,能够在10μs以内正确检测出功率管的故障状态,相比基于各种算法的故障诊断方法,该方法可靠实用,对单元串联型多电平高压变频器的故障诊断具有工程应用价值。

应用特征谐波消除改进脉振高频电压注入法17-24

摘要：针对永磁同步电机无位置传感器矢量控制中传统脉振高频电压注入法存在的估算角度滞后、与中高速无位置传感器控制技术切换困难等问题提出改进方法。引入特征谐波消除的方式取代低通滤波器,同时充分考虑定子电阻对位置估算的影响,修改误差矫正项以减小估算误差,并给出了改进后的脉振高频电压注入法的完整实现方式。应用特征谐波消除的方式得到误差校正项,估算的转子位置更加精确,用特征谐波消除的方式去除高频电流信号,不会引起电流畸变和相位滞后。用改进算法得到的转子位置及转速作为反馈对电机进行闭环控制,可以改善电机低速下的动态特性。仿真分析和实验结果证明了该方法的有效性。

基于EMD-SG和信息熵矩阵束的同步电机参数辨识25-31

摘要：为了解决工程实际中准确获得同步电机瞬态及超瞬态参数问题,提出经验模态分解与矩阵束算法相结合的新型同步电机参数识别法。该方法借助EMD对采集到的含噪短路电流信号进行分解,采用Savitzky-Golay滤波器对高频分量部分进行平滑降噪预处理,借此提高其信噪比;为较好识别短路电流模态阶数,将信息熵引入矩阵束并将此改进矩阵束算法用以提取预处理后的短路电流各分量的频率和阻尼,进而识别出同步电机的瞬态参数。同步发电机三相突然短路仿真与试验参数辨识结果均表明,该方法在信噪比低于24 d B时,仍能快速、精确地辨识同步电机参数。

高速发电机用宽电压范围双管Buck-Boost变换器暂态稳定分析与系统校正32-41

摘要：高速永磁发电机宽速度范围运行时输出电压波动大,当发电机输出端接双管Buck-Boost变换器进行调压时,宽电压范围输入对变换器的稳定性和动态性能提出挑战。本文采用平均开关法建立了双管Buck-Boost变换器电感电流连续的非理想小信号模型,基于该模型分析了占空比、负载、输出滤波电容等效ESR、控制参数等对系统暂态稳定性能的影响,给出了提高系统暂态性能的控制参数设计方法。分析研究发现：占空比的变化导致系统的非最小相位反应明显,系统的动态响应变差;负载变化时系统的动态响应变化小;增大输出滤波电容等效ESR可以改善系统的动态性能。仿真和实验结果验证了暂态稳定分析和控制参数设计的合理性。

双兰杰文振子纵弯复合模态驱动的压电平面电机42-50

摘要：提出利用具有双兰杰文振子的H定子驱动的压电平面电机,选定H定子两纵杆沿x Oy面的一纵、二弯模态,及沿z Oy面的二弯模态为工作模态,将两纵杆设计成夹心变截面结构并以其上端为驱动足。一纵模态分别与两相二弯模态进行振动耦合,使两驱动足沿x Oy、z Oy面作椭圆运动而交替地推动动子作平面运动。阐释了电机工作原理及其驱动足做椭圆运动条件。基于工作模态频率一致性目标建立定子优化模型,解得定子优化尺寸。建立定子机电耦合有限元模型,求取电机的谐响应及模态干扰特性。设计出电机装配模型,获取其调频、调压、调相工作特性。仿真了定子运行状态,模拟出驱动足两相椭圆轨迹且当驱动电压为250 V时,驱动足x、y、z向振幅为1.5μm、2.5μm和4.7μm。该电机有望输出较大推力与速度。

五相磁通切换永磁电机滑模控制51-58

摘要：针对传统五相磁通切换永磁电机控制方法的不足,提出一种新颖的小波滑模控制算法,在分析五相磁通切换永磁的工作原理和数学模型基础上,以五相电机转子速度和负载转矩为观测对象,以速度误差为基本变量,设计具有积分和小波运算功能的滑模面,利用小波多尺度因子和指数趋近律调节滑模切换过程,减少滑模抖振,给出了q轴电流的控制律,同时为抑制五相磁通切换永磁电机定位力矩的不利影响,设计注入补偿电流方法,减少了转速和转矩脉振。仿真和实验结果表明所提出的滑模控制方法可以提高五相电机系统的稳定性和动态性能,提高对负载转矩变化的鲁棒性。

凸极电机定子风路变化对热流场影响59-64

摘要：随电动机单机容量不断增大,电磁负荷随之提高,电机内部发热量增长显著,通风方案设计将影响峰值温度的数值,对冷却效果起决定性作用。为降低峰值温度,确保电机安全稳定运行,本文以某空冷凸极同步电动机为研究对象,基于计算流体动力学（CFD）原理,采用有限体积法,求解三维湍流流动控制方程组,得出定子绕组不同冷却风路布置方案设计情况下的三维流场及温度场的分布特点,分析了定转子各部分风路中空气流量分布特点以及定转子固体部件温度分布情况,得出冷却效果较好的定子空气冷却风路布置。结果表明,凸极电机定子铁心段绕组空气冷却风路布置影响定子绕组峰值区域及数值大小。结果可为大容量凸极电动机通风系统结构设计提供参考。

基于扰动观测器的无人水面船鲁棒轨迹跟踪65-73

摘要：为实现三自由度无人水面船（USV）在风浪流引起的海洋环境干扰下的轨迹跟踪,设计一种非线性扰动观测器（NDO）和动态面控制（DSC）的鲁棒控制器。首先,提出一种新的NDO来在线估计并补偿外界环境干扰。与传统干扰观测器不同,该扰动观测器具有有限时间收敛的特点;然后,在运动学回路中利用反演法设计虚拟控制律来镇定跟踪误差,并其通过一阶低通滤波器避免了由对虚拟控制求导而带来的计算复杂性,同时通过NDO对未知海洋干扰进行实时补偿,利用Lyapunov稳定性定理证明了USV闭环系统的误差信号半全局最终一致有界（SGUUB）。最终,仿真实验证明了所设计控制策略的有效性。

炮控系统电动负载模拟器性能影响因素分析74-81

摘要：为了抑制炮控系统电动负载模拟器中存在的多余力矩,进一步提高其输出力矩的控制精确度和动态特性,对电动负载模拟器力矩输出的影响因素进行研究。首先结合电动负载模拟器系统的结构组成和工作原理,建立数学模型,得到输出力矩对应的传递函数和具体影响因素;然后依次研究电动负载模拟器系统的连接刚度、力矩电机的输入力矩、负载电机的角度、摩擦、间隙等非线性时变量对系统力矩输出的影响,并分别采用时频阈分析和谐波跟踪等方法进行性能评估;最后结合具体仿真和实验数据,分析影响力矩电机输出力矩谐波畸变的定性和定量关系,为提高电动负载模拟器控制性能提供有力的理论支撑。

一类非线性系统的自组织模糊神经网络控制82-91

摘要：针对一类MIMO不确定非线性有干扰且控制增益符号未知的系统进行跟踪控制的问题,提出了一种在线自组织模糊神经网络的改进算法,用以克服参数选择困难的问题,并基于该算法给出了一种自适应鲁棒控制方法。首先基于主导输入的概念将MIMO系统分解为多个SISO系统构成的系统,然后结合自组织模糊神经网络在线对系统中的未知函数进行逼近,对网络结构和参数实现在线调节,再利用Nussbaum函数来克服控制增益符号未知,并且引入鲁棒项及复合误差的估计来补偿复合误差。最后基于Lyapunov稳定性理论证明了整个闭环系统半全局一致最终有界。理论和仿真结果表明提出方法的有效性。

基于频域分析的挠性卫星姿态高稳定度控制92-100

摘要：在考虑外界干扰和挠性振动的影响下,针对卫星姿态的高稳定度控制需求提出了一种控制方案,并给出控制参数的整定方法。采用传统的PD控制结合干扰补偿器的控制方法完成姿态稳定任务。干扰补偿器的设计运用了鲁棒模型匹配的原理,并通过减小干扰输入到角速度输出的幅频响应以提高姿态控制的稳定度。分别给出了挠性影响化作广义干扰和未化作广义干扰时的传递函数模型,然后用频域分析的方法分析了引入干扰补偿器后系统的开环特性以及干扰抑制的性能,并证明了系统的鲁棒稳定性。仿真表明,所采用的姿态控制方法有效抑制了挠性振动,并提高了姿态控制的精确度与稳定度。方法设计简单,容易实现,适于工程应用。

伺服电机驱动连铸结晶器振动位移系统滑模控制101-108

摘要：针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在减速器齿轮间隙和偏心轴机械零位偏移等问题,提出了一种基于干扰观测器的反步滑模控制方法。首先,针对减速器齿轮间隙和偏心轴机械零位偏移等扰动不确定项以及负载扰动,采用干扰观测器对其构成的复合干扰进行逼近估计,使观测误差在有限时间收敛,并将观测值动态补偿到控制器中,提高了系统的控制精确度;其次,基于反步法完成位移系统动态滑模控制器的设计,提高了系统状态的收敛速度,增强了系统的鲁棒性。仿真结果表明,所设计的干扰观测器能够准确、快速的估计出系统存在的干扰及负载转矩,且位移控制系统能够实现位移的渐近跟踪控制。

悬臂式前列腺粒子植入机器人重力矩平衡分析及实验研究109-116

摘要：前列腺癌是男性泌尿系统最常见的恶性肿瘤,经会阴前列腺癌放射性粒子植入对于器官局限的早期低危前列腺癌是安全有效的治疗手段。传统的粒子植入手术是由医生手动完成的,由于手工操作的不确定性很难保证粒子植入的定位精度。提出采用机器人实现粒子植入手术,利用机器人的位姿精确控制能力解决手工操作不确定性导致的定位精度低的问题。进行了悬臂式粒子植入机器人的设计,由于悬臂结构产生的重力矩在工作时对机器人的运动稳定性产生影响,在对力平衡机构分析的基础上,在大小臂的回转关节处设计了十字交叉双弹簧平衡机构来平衡悬臂产生的重力矩,建立了悬臂式前列腺粒子植入机器人重力矩平衡的数学模型。利用Solidworks/Motion模块对引入十字交叉双弹簧平衡机构的悬臂式前列腺粒子植入机器人进行了运动仿真。基于悬臂式前列腺粒子植入机器人实验系统,分别进行了末端水平负载1 kg、竖直负载1 kg和水平竖直复合负载各1 kg情况下的平衡实验,实验和仿真结果表明悬臂式前列腺粒子植入机器人达到了设计时的预期目标,实现了重力矩的平衡。