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电机与控制学报 2017年第01期杂志 文档列表

带离线参数辨识的降阶观测器PMSM无位置传感器控制1-7

摘要：提出了一种带有离线参数辨识的永磁同步电机（PMSM）无位置传感器控制方案。使用改进的基于解耦PMSM模型降阶反电动势观测器来估计转子位置与速度，提出一种极点配置方案。简化了降阶观测器的结构，同时分析了模型参数变化对位置估计误差的影响并且基于稳定性分析推导出交轴电流允许的极限值。在电机静止状态下，使用递推最小二乘方法将需要的电气参数离线辨识出来以供观测器使用，定子电阻和直交轴电感三个参数的辨识误差均在6％以内，能够满足应用需求。最后，通过实验验证了整个方案的可行性，电机转子位置估计误差在4°以内，速度估计误差在20r／min以内。所使用的无传算法具有良好的动态性能。

基于多周期迭代滑模控制的直线电机干扰抑制8-13

摘要：针对多叶准直器系统中直线电机受到往复直线运动和旋转运动带来的多周期干扰问题，提出一种多周期迭代滑模控制（MLVsc）算法用于提高直线电机的控制精度。该算法将迭代学习和滑模控制结合起来，利用多个迭代学习项来逼近并抑制多周期干扰，同时采用滑模控制来抑制未知干扰以保证系统的稳定性。通过构造合适的Lyapunov函数，可以证明MLVSC算法的渐近稳定性。在此基础上，基于MLVsc算法设计了直线电机系统的控制器。实验结果表明，MLVsc算法能够对直线电机受到的多周期干扰进行抑制，抑制后的控制误差迅速减小，控制精度提高了81％。

基于相分量法的星形自耦变压器全解耦模型14-21

摘要：星形自耦变压器是12脉波整流器中常用的移相变压器，该变压器各绕组之间交互联结，在仿真软件中没有对应的仿真模型。为在仿真软件中模拟星形自耦变压器对12脉波整流器性能的影响，应用相分量法建立了该变压器的全解耦模型。通过分析星形自耦变压器的耦合电路，建立了描述支路电压、支路电流、节点电压、节点电流之间关系的过渡矩阵，进一步获得可以描述星形联结自耦变压器绕组联结结构、电气参数等信息的节点导纳矩阵，并应用该矩阵建立了描述星形自耦变压器的全解耦模型。该模型具有物理意义明确、易于实现等优：董。仿真和实验结果表明，该模型可有效模拟星形自耦变压器。

3Y／3Y连接型变极电机“三层调衡绕组”研究22-29

摘要：针对典型3Y／3Y连接型移相变极调速电机中相内支路之间的不平衡问题，提出“三层调衡绕组”的概念，详细说明绕组可调衡时定子槽数和两个极对数之间应满足的关系。在“三层调衡绕组”槽号相位图的基础上，详细阐述构造此类绕组的具体步骤及其谐波分析方法。同时，将对旋风机上的驱动电机作为原型电机，按照相关设计参数建立新型调衡绕组电机的瞬态有限元仿真模型，通过计算得到不同转速下电机气隙磁场的分布情况及相关性能曲线，并对各次谐波磁动势含量的理论计算结果与仿真分析结果进行比较，最后完成样机相关性能测试试验。仿真及试验结果都进一步证明了绕组调衡方法的有效性。

水轮发电机转子通风道堵塞时的耦合场分析30-38

摘要：为了研究大容量全空冷水轮发电机的通风冷却问题，在考虑转子的旋转情况下，建立了转子风路正常时和转子磁轭通风道口堵塞时的转子三维温度场和流体场耦合计算模型。在转子各磁轭通风道口不同堵塞情况下，采用有限体积法计算分析了全空冷水轮发电机的通风冷却和发热问题。研究了转子风路堵塞时对转子励磁绕组、阻尼绕组和极靴表面的温度影响，以及对磁极间流体的流动形态的影响。当风路正常时，将计算得出的水轮发电机转子励磁绕组平均温度与实测数据进行了对比，经过对比在误差范围内，则验证了计算方法的正确性。

自抗扰控制器在陀螺稳定平台控制系统中的应用39-44

摘要：重力仪陀螺稳定平台是一类难以获得精确模型的复杂非线性时变系统。以两框架直流伺服陀螺稳定平台为被控对象，在分析平台力矩传递原理的基础上，建立基于位置、转速和电流的三环控制系统传递函数模型；并结合自抗扰技术（ADRC）的特点，把系统的内外扰动看作总扰动，采用二阶ADRC控制器取代传统的位置、转速双闭环PID控制器，设计基于自抗扰控制器的稳定平台伺服控制系统。仿真和实验结果表明：基于自抗扰控制器的稳定平台控制系统不仅稳定精度高，而且具有较好的抗干扰性能，特别是系统模型参数变化等引起的不确定性干扰，有效提高了伺服系统的鲁棒性，满足了高精度重力仪稳定平台的性能要求。

角接三相异步发电机单相带载稳态分析45-50

摘要：给出三角形接法三相自激异步发电机为单相负载供电时系统的连接方式，通过对系统中独立节点电量关系的推导，将发电机基值频率下的正序和负序等值电路通过简单的阻抗元件连接。构成合成等值电路。根据Kirchhoff定律，以合成等值电路中回路阻抗模值为零作为系统稳态运行的条件和分析计算的基础。采用优化方法计算了不同电容组合下系统的负载电压，求取了负载电压一定时电机所需并联的电容组合，并根据不同稳压电容组合下系统的负序电流所占比重求得最佳平衡状态下的稳压电容值。计算值与实验值相互吻合，验证了该分析方法的有效性和准确性。

低开关频率下三相PWM整流器电流解耦控制研究51-58

摘要：在中高压大功率PWM整流器中，功率器件工作在较低开关频率下，这造成了PWM发渡和采样延时增加，使得控制时dq轴电流分量交叉耦合严重，不利于系统控制。为解决这一问题，基于传递函数阵模型。定义耦合度函数对系统耦合进行分析。分析表明，随着开关频率的降低，系统耦合愈加严重，传统解耦控制已无法适用。结合串联解耦和状态反馈，提出一种新型的解耦控制策略。该策略在不同的开关频率下，均能有效地消除系统的交叉耦合，实现dq轴电流的独立控制。同时，解耦后系统得到了简化，利于控制器设计，提高系统的控制性能。实验结果验证了理论分析的正确性与所提解耦控制策略的可行性。

单绕组磁悬浮开关磁阻发电机励磁模式研究59-68

摘要：为解决飞轮储能用磁悬浮开关磁阻发电机发电效率低、励磁功率不对称等问题，提出一种基于单绕组磁悬浮开关磁阻发电机（SWBSRG）的悬浮发电励磁模式。首先分析了SWBSRG的悬浮发电机理，研究了电机在全周期角度下的磁链特性和径向力特性，划分出励磁与续流发电的合理区间。然后根据虚位移法建立的等效磁路模型，推导出考虑耦合情况下绕组的电压方程和悬浮力模型。引入了零电压励磁模式，并以提高悬浮性能和输出功率为目标，给出了励磁角的优化过程。联合仿真结果表明，闭环系统在不对称励磁工况下输出电压平稳，验证了所述励磁模式的可行性和正确性。

无轴承交替极永磁电机磁极形状优化设计69-76

摘要：为了优化无轴承交替极永磁电机性能，从转子结构入手分析交替极转子结构及绕组形式对空载反电势、齿槽转矩等空载特性的影响，提出一种转子磁极离心的磁极形状优化设计方法。通过对比磁极优化前后空载和负载性能发现磁极形状优化对抑制反电势谐波、减小齿槽转、降低转矩脉动等具有积极意义，但同时也导致平均转矩和平均悬浮力的损失。为弥补平均转矩和悬浮力损失，提出采用适当增加转子外径、减小气隙长度的设计方法。最后利用有限元分析对比结构优化前后的基本电磁特性，电机转矩常数由0．155N·m／A升至0．181N·m／A，转矩脉动由30．4％降为12．1％；额定悬浮力由14．6N升至23N，悬浮力脉动由8％降为7．8％，最大径向耦合由7％升至7．7％．

一种低输入纹波电流的高增益软开关Boost变换器77-84

摘要：针对新能源应用系统中输出电压低的问题，提出一种低输入纹波电流的高增益软开关Boost变换器。该变换器通过在二次型Boost电路的基础上加入耦合电感和倍压电路来提高增益。理论分析与实验结果表明该变换器具有高增益的同时还具有以下优点：1）输入电流为Boost电感电流，相对于耦合电感型变换器来说，其纹波得到大幅降低；2）所有开关管均实现了软开关，降低了开关损耗；3）由于漏感的作用，倍压电路中的二极管反向恢复损耗几乎为0；4）所有元器件的电压应力均低于输出电压，可采用低耐压元器件来降低导通损耗；5）耦合电感在开关导通和关断期间均传递了能量，提高了利用率，从而可提高功率密度。

与变压器容量相近时自起动永磁电动机起动性能研究85-89

摘要：针对自起动永磁电动机在油田中应用出现起动困难问题，结合自起动永磁电动机自身的起动特性和油田变压器容量低这一特定的应用场合，自起动永磁电动机较大的起动电流会导致低容量变压器产生较大的变压器电压降，影响电动机起动性能的发挥。有必要研究自起动永磁电动机起动对变压器电压降的影响，利用场路耦合联合仿真法，在考虑变压器电压降的情况下对电动机的起动性能进行了分析，分析了电机设计参数对其带载起动能力的影响，并通过实测数据进行了验证。根据研究可得变压器电压降对电动机的牵入能力影响较小，在设计的时候可侧重提高其起动转矩，研究结果对油田类负载变压器容量的选择和电动机的选用具有参考价值。

异步电机V／F控制系统起动和某频段振荡问题90-97

摘要：针对传统预励磁之后预励磁电流衰减快，导致电机起动电流过大的缺陷，提出一种比较有效的降低异步电机起动电流的方法。通过解耦算法分别闭环控制d、q轴电流进行电机起动，起动平稳之后由闭环控制状态，通过提出的逼近算法平滑切换到异步电机的V／F控制。该方法可有效解决电机起动电流过大的问题。针对电机某频率段出现持续低频振荡的问题，在定子电压上叠加一个抑制电流振荡的电压分量，可有效解决传统V／F控制算法在某频率段系统持续低频振荡的问题。采用提出的算法，达到了降低电机起动电流和抑制系统振荡的目的。仿真和实验结果都证明了算法的正确性和有效性。

固定频率正弦波输出LLCC串并联谐振电路研究98-107

摘要：针对LLCC串并联谐振电路应用于高频正弦波输出场合，详细分析了LLCC串并联谐振电路的恒流恒压及滤波特性；深入探讨了移相全桥电路拓扑的开关频率与LLCC的串并联谐振频率一致情况下的LLCC滤波特性，得到输出正弦波的THD与LLCC的参数、负载以及占空比等因素的数学关系；详细分析讨论了LLCC的参数对软开关以及滤波特性的影响，讨论了变压器寄生参数对LLCC电路的影响。给出以THD为指标的高频正弦波输出的LLCC谐振电路参数的设计步骤，最后设计实现了10kW，40kHz正弦波输出的真空溅射电源并进行了实验研究和验证，为高频正弦波输出逆变器的设计提供有效的理论指导。

用于检测厚铝板缺陷的体波EMAT优化方法108-114

摘要：针对电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer , EMAT）的换能效率低，易受外界环境噪声影响导致回波信号较小、信噪比较低的问题，提出一种使用正交试验的优化方法进行改进。该方法基于电磁场涡流效应、质点弹性动力学的波动方程及有限元法，建立了一个检测厚铝板单平底孔缺陷、收发一体的体波EMAT二维有限元模型。该模型应用正交试验和极差分析法，通过对比不同结构下的缺陷回波电压信号强弱程度，分析磁铁和线圈的结构参数对其的影响，获得了优化的模型结构参数值。同时，得出在本结构下磁铁与线圈的最佳宽度比。通过实验验证了优化结果的有效性，缺陷回波电压峰一峰值的实验与仿真结果相符。

不同矩形截面的两个平行永磁体磁力解析模型115-120

摘要：为了解决不同矩形截面的两个平行永磁体磁力数值计算复杂、缺乏易于计算的磁力解析模型问题，基于磁荷法和虚位移法得到两细长永磁体磁力公式，采用四重积分法建立了新的不同矩形截面永磁体磁力解析模型，分析了磁力与永磁体结构参数的关系，ANSYS仿真验证了模型的正确性。结果表明：该解析模型计算值和ANSYS仿真值吻合，采用该解析模型进行磁力计算相对简单快速，当用第1级别细分网格时，ANSYS仿真与解析模型计算的平均误差为6．17％，误差满足工程要求。该解析模型为Halbach永磁导轨设计及其结构优化提供支持。