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电机与控制学报 2017年第03期杂志 文档列表

磁场耦合无线电能传输系统最大功率要素分析1-9

摘要：针对无线电能传输系统的功率和效率问题,在特定频率下研究了影响无线电能传输系统最大传输功率的若干要素。以磁场耦合单元为核心建立简化模型,包括发射回路、接收回路,以及两个回路之间的磁场耦合单元。分别研究发射回路电抗、接收回路电抗、互感电抗等在单独变化,或协同变化时,如何影响最大功率传输条件,最大功率值和传输效率等。研究发现,不同情况下的最大功率传输条件之间存在内在联系;在发射回路与接收回路电阻乘积较小时,松耦合谐振才能传输最大功率。此结论不依赖于阻抗补偿形式,并且对感应耦合式和磁场共振式无线电能传输系统均适用。仿真和实验结果与理论分析结果一致。

单周期控制在牵引传动系统拍频抑制中的应用10-16

摘要：针对电气化铁路单相交流供电及列车网侧牵引变流器拓扑特点所引起的牵引电机拍频问题,首先分析了直流侧电压存在2倍电网频率脉动的特征,针对直流侧无LC滤波器的交-直-交电力牵引传动系统,揭示了当逆变器的工作频率接近2倍电网频率时电机拍频现象最为严重的原因。然后利用单周期控制在输入电压脉动时仍能满足伏秒平衡的原理,并结合间接转子磁场定向矢量控制,提出将单周期控制算法作为牵引逆变器的调制策略,实现牵引逆变器-电机系统的无拍频控制。最后,搭建基于OP5600/RT-LAB实时仿真器与DSP TMS320F2812控制器的牵引传动系统半实物实验平台,对传统空间矢量脉宽调制与单周期控制算法进行了半实物实验对比验证,结果表明单周期控制算法能有效地抑制电机的拍频现象。

500kV电力变压器匝间绝缘模型线圈的电老化特性17-24

摘要：针对变压器匝间绝缘是电力变压器损坏事故中的主要损坏部位的问题,设计并制作了500 k V电力变压器匝间绝缘的线圈模型,研究匝间绝缘的电老化特性。根据模型线圈预试验的结果,确定了实验方案,并基于极大似然法思想确定求取反幂模型中的参数方法;最后求取不同数据量下的参数值。分析结果表明：不同数据量下所求得的参数值不同,若使电压寿命指数N不出现异常值,至少需要在4种电压持续时间下进行实验;在10种电压持续时间下可得到可靠的电压寿命指数N,其值为13.38。最终通过简单计算及仿真分析求得了老化寿命与电场强度间的反幂模型,用于指导实际变压器的生产设计。

一种表面-内置式永磁转子同步电机三维全域温度场分析25-31

摘要：针对表面-内置式永磁转子同步电机（SIPMSM）具有结构紧凑和功率密度高的特点,准确计算SIPMSM各部件的温度分布非常重要。采用电磁场-温度场耦合分析的方法对SIPMSM的三维全域温度场进行计算。建立SIPMSM的电磁场和温度场有限元模型,分析在同步运行速度下负载和永磁体退磁对SIPMSM三维全域温度场的影响,也分析了在额定负载下运行速度对SIPMSM三维全域温度场的影响。通过仿真与实验结果的对比分析,验证了样机模型的合理性和计算结果的正确性。

非连续供电模式下感应电机低频振荡机理分析32-37

摘要：采用对称分量法,排除变频器一侧电感和电容影响,对感应电机在最简单的不连续供电模式下（晶闸管供电）的振荡现象进行研究。通过分析电机在三相及两相导通模式下的换相瞬态过程,考虑转速改变时电机方程各量的变化,推导电机在不同过渡过程时其定转子电流的空间向量表达式,并给出其时域形式解,找到感应电机在不连续供电时产生振荡的原因,从电机本体方面对振荡现象进行解释。应用上述分析方法对一台三相感应电机进行计算,计算结果与实验吻合较好。分析方法可作为进一步研究变频器供电的感应电机的过渡过程的基础。

单相全桥谐振直流环节软开关逆变器38-47

摘要：为提高逆变器的效率和简化控制方式,提出一种单相全桥谐振直流环节软开关逆变器。通过单独开关控制辅助谐振电路,使直流环节电压在逆变器主开关需切换时下降到零,逆变器的主开关可以实现零电压开关,同时辅助开关也可以实现零电压开关。而且,逆变器直流环节电压不会超过直流源电压。由于谐振过程和零电压持续时间都较短,因而可以减少功率消耗和提高直流电压的利用率。依据不同工作模式下的等效电路,分析其工作原理,结合相平面分析法研究其动力学行为,给出了软开关实现条件和参数设计过程,搭建了实验样机。实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关,可以有效地降低该软开关逆变器的开关损耗和提高其效率。

Boost型三电平AC/AC变换器48-54

摘要：针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。

PMSM断电-重投时的冲击电流研究55-62

摘要：当原有机车牵引用的感应电机利用永磁同步电机代替时,由于永磁同步电机在经过分相绝缘子时永磁体的存在会产生高的反电动势使断电后重投瞬间出现不可控冲击电流。针对该问题在永磁同步电机三相瞬态数学模型的基础上,对其瞬态冲击电流产生原因进行了分析研究,该分析过程主要是建立在带谐波的PWM调制波的基础之上。根据分析结果,对重投时的控制条件和控制方法进行了探讨性研究,如对给定转速进行了一定的限制,对逆变器重投瞬间的电压幅值和相位进行了一定的控制,利用滑模控制的强鲁棒性和抗干扰性代替了PID控制。最后,设计了一种使重投瞬间冲击最小的滑模控制系统。经实验和仿真对比分析,验证了瞬态冲击产生机理分析的有效性及设计的控制系统在抑制断电-重投瞬间电流冲击强度的积极作用。

油纸绝缘老化评估的Davidson-Cole模型参数提取方法63-70

摘要：针对目前变压器油纸绝缘老化状态评估中的纸板聚合度测定破坏性取样、介电响应法测量没有定量判据等问题,提出一种基于Davidson-Cole模型的现场绝缘老化状态定量评估方法。首先仿真研究Davidson-Cole模型参数提取方法,借助现场测量的去极化电流数据,计算出油纸绝缘等值电路参数与频域复介电常数,并利用所得数据绘制Davidson-Cole图,采用多变量最小二乘拟合方法得出松弛时间、介电常数变化量等Davidson-Cole模型参量。实验研究了油纸绝缘不同老化程度的Davidson-Cole模型,采用非线性拟合方法对其老化状态进行Davidson-Cole模型参量提取并分析参数变化,研究结果表明,模型参数与老化程度有直接关系,仿真结果与实验结果一致,对变压器油纸绝缘老化状态评估有参考价值。

移相全桥变换器中RC缓冲电路对系统影响机理与优化研究71-77

摘要：移相全桥ZVS变换器副边整流二极管电压应力较高,需要设计缓冲电路来保证系统性能。然而,加入RC缓冲电路的变换器在某种工作模式下近似为LCL三阶谐振系统,导致接近开关频率的谐振甚至在整流二极管两侧产生更高的电压应力。通过建立移相全桥ZVS变换器在能量传输模式期间的等效电路模型,揭示RC缓冲电路对系统稳定性产生影响机理及电路参数对振荡的影响规律,通过分析选取合理的RC缓冲电路参数,不仅有效降低整流二极管电压应力,同时抑制由缓冲电路带来的振荡问题,进而提高系统的效率。设计了一个3.2 k W（10 A,320 V）的实验样机,验证了理论分析的正确性。

齿隙系统的建模与自振荡分析78-82

摘要：针对齿隙系统都有自振荡倾向的问题,给出了自振荡的条件。分析并说明了当齿隙处于系统中不同的位置上时要用不同的非线性特性来描述。当有力矩传递时齿隙的模型应该是用死区特性来描述,死区特性夹在两个动态环节之间形成了所谓的三明治系统。如果齿隙位于系统的输出端,则齿隙就具有滞环特性。无论是死区特性或滞环特性的场合,系统都有可能出现自振荡。分析指出这种三明治系统是由多重反馈回路所构成的,因而存在着固有的稳定性问题。采用描述函数法分析了这种三明治系统产生自振荡的条件,结论是齿隙的这种三明治系统与带滞环特性的系统一样,也是很容易起振的,并给出了改善起振条件的可能措施。

带有输入时延的刚性航天器反最优姿态控制83-88

摘要：针对带有输入时延的刚性航天器提出一种姿态稳定性控制方法,首先利用反步法构造李雅普诺夫控制函数,由此得到使系统全局渐近稳定的时延补偿控制器。由于航天器系统为强耦合非线性系统,基于反最优理论,对非线性时延系统构造关于系统状态量和控制力矩的目标函数,该目标函数体现了能耗的重要性,并得到相应的最优控制器。将无优化指标考虑的控制器与最优控制器进行性能比较,非最优控制器所需能量消耗较大,仿真中给出了定量分析结果。仿真结果显示,不同时延情况下,该控制器均可以有效控制航天器姿态稳定,并且对于时延估计偏差具有鲁棒性。

基于变偏置力矩的双电机系统消隙控制方法研究89-96

摘要：针对双电机驱动控制系统,提出一种基于电机电流的变偏置力矩消隙控制方法,根据电机的负载电流值及设定的转换函数w,动态输出偏置力矩以实现消隙控制与共同驱动控制之间的转换。同时,给出了转换函数中电流设定值的选取方法,该选取方法简便可行,为工程实际应用提供了理论依据。建立双电机驱动系统仿真模型对控制方法的有效性进行验证,仿真结果表明,采用变偏置力矩控制的双电机系统能够消除传动间隙;通过合理选取转换函数中的电流设定值,可降低静态下的电机间偏置力矩,从而降低系统能耗;偏置力矩的动态输出提高了双电机驱动系统的力矩输出能力。

复杂输入下自适应滤波器的过渡过程处理方法97-103

摘要：针对复杂输入信号下自适应滤波器的过渡过程对滤波性能及信号特征提取有重大影响,提出一种自适应滤波器过渡过程处理方法。给出了过渡过程影响信号特征提取的评价指标及方法;通过舍弃对消器输出的过渡过程数据排除过渡过程影响,并依据评价指标随舍弃数据长度增大的优化趋势确定舍弃数据的长度。最后,将基于该过渡过程处理方法的自适应滤波器应用于变频调速下笼型异步电动机的断条故障诊断中。实验证明,该方法可以避免输入信号的谐波分布及初始相位变化对自适应滤波器的影响,有利于提高断条故障特征提取的准确率。

面向飞行器交会对接应用的载波相位差分技术研究104-110

摘要：GNSS引导两飞行器交会对接的前提是实时可靠地估计相位模糊度。针对卫星和飞行器的高动态性所引发的频繁换星问题,提出一种实时递归相位模糊度估计方法。该算法能够有效处理失锁所造成的卫星起落现象,同时充分利用历史观测与当前观测方程中部分模糊度分量的关联性,使得模糊度估计的成功率对可见卫星数目的减少不敏感。为了验证该算法在空间飞行器对接中的精度和成功率,采用GPS模拟器仿真两飞行器近程导引段和最终逼近段的过程,应用新算法实时估计两飞行器间相对位置,精度达到亚厘米级水平,成功率在可见星数递减时依然渐进逼近100%。

执行器非线性超低空空投航迹倾角自适应控制111-118

摘要：针对超低空空投下滑阶段执行器非线性、外界不确定性大气扰动以及模型存在未知非线性等因素干扰轨迹精确跟踪问题,提出一种鲁棒自适应神经网络动态面跟踪控制方法。建立了含执行器输入非线性的超低空空投载机纵向非线性模型,采用神经网络逼近模型中未知非线性函数,引入非线性鲁棒补偿项消除了执行器非线性建模误差和外界扰动。应用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统所有信号均是有界收敛的。仿真验证了所提方法既保证了轨迹跟踪的精确性又具有较强的鲁棒性。