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电机与控制学报 2017年第07期杂志 文档列表

混合直流输电系统功率同步控制研究1-10

摘要：针对一端采用传统电网换相换流阀（line commutated converter,LCC）另一端为电压源换流阀（voltage sourced converter,VSC）的混合直流输电系统因其直流侧电抗较大,造成传统双闭环矢量控制策略中电流内环的快速性与稳定性相互矛盾、暂态扰动易造成系统功率振荡等问题,提出VSC侧换流站采用功率同步控制的方法,同时,通过增加桥臂电容储能控制环,保持三相桥臂电容电压之和基本不变,抑制系统功率和直流电压波动,减小了有功功率控制环存在欠阻尼特性的影响。最后,结合模块化多电平变流器（modular multi-level converter,MMC）应用,利用仿真软件搭建双端混合直流输电系统模型,通过仿真验证了所采用方法的正确性、有效性。

使用六绕组隔离变压器的大电流整流器研究11-19

摘要：为提高整流器的电流输出能力,设计了一种基于六绕组隔离变压器的大电流整流器。该整流器使用六绕组隔离变压器作为移相变压器,隔离变压器的原边绕组采用三角形联结,副边绕组相互独立,输出3组相位依次相差120°的单相电压,分别为3组单相整流桥供电,可有效增大电流输出能力。理论分析、仿真及实验结果表明,该大电流整流器的输入侧和负载侧的电能质量与传统的双反星形整流器相同,但电流输出能力为双反星形整流器的1.5倍;另外,该大电流整流器所用隔离变压器的容量要小于双反星形整流器所用变压器的容量,这在一定程度上可以提高该整流器的功率密度。

基于有源开关电感网络和DCM单元组的DC-DC升压变换器20-28

摘要：针对传统Boost变换器存在升压能力有限、开关器件电压应力大和效率低等问题,基于有源开关电感网络和二极管-电容单元组（diode-capacitor multipliers,DCM）提出了一种新型高增益升压变换器拓扑,该拓扑在实现高增益的同时避免了极大的占空比,并且有效地降低了开关器件的电压应力。详细分析了所提变换器在连续导电模式,断续导电模式和边界导电模式下的工作原理和工作性能,推导了变换器的电压增益、开关管的电压和电流应力大小,并推演出n个DCM单元级联的高增益升压变换器拓扑。与其他文献提出的变换器在电压增益、元器件数量、开关管电压应力等方面进行详细的对比,最后搭建了一台功率约为130 W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。

计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法29-34

摘要：针对提高永磁电机温升计算准确性的问题,提出一种计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法。依据温度对电机内各材料属性有所影响,且永磁体涡流损耗有其特有的分布特性的事实,提出并采用计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法,以一台10 k W变频驱动永磁同步电动机为例进行实例计算,与普通未计及永磁体涡流损耗分布特性、没有使用实时热计算方法的温升计算方法对比,经在线温升测量,验证了计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法能有效提高温升计算的准确性,可使计算结果与实验结果之间的误差缩小到0.5%之内。

非晶合金永磁电机负载损耗及效率特性分析35-40

摘要：为了研究采用非晶合金材料代替硅钢片材料制作铁心后,永磁电机在负载运行时的损耗与效率的变化规律,研制了两台相同结构尺寸参数的非晶合金永磁电机和硅钢片永磁电机。利用实验方法测试了两台电机在相同运行工况下的损耗与效率特性,并借助有限元方法对两台电机不同负载率时的损耗进行了对比分析。结果显示,轻载时,非晶合金永磁电机定子铁心损耗低于硅钢片电机,效率优势明显;但随着负载率的增加,非晶合金电机定子铁心饱和严重,导致绕组磁动势波形畸变,由绕组磁动势谐波引起的损耗高于硅钢片电机,非晶合金电机效率优势随负载率的增加逐渐减小。

PMSM转子位置复合检测与编码器校正方法41-48

摘要：为实现永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor,PMSM）的平稳起动,同时保证电机工作过程中的转子位置检测精度,提出一种PMSM转子位置复合检测和编码器校正方法。在分析正余弦型复合编码器绝对和增量两种工作模式的基础上,首先给出PMSM转子位置的复合检测方法,导出编码器的单向校正方法,并分析其校正误差。根据编码器单向校正误差的对称性,提出编码器的正、反转双向校正方法。结果表明,编码器参考零点标记信号位置校正值与实际相吻合,提出的方法可以保证电机的平稳起动和转子位置检测的精度,并且提出的校正方法同时适用于电机空载和带载的情况。

阶梯电压下变压器匝间绝缘局部放电试验研究49-57

摘要：对于变压器绕组而言,轻微匝间放电的发展可能会造成匝间短路甚至更严重的后果。因此,对变压器绕组匝间局部放电的发展进行深入研究具有重要意义。在实验室内构建了变压器匝间绝缘局部放电试验平台,参照500 k V电力变压器线圈绝缘处理工艺要求,设计并制作了匝间绝缘局部放电试验模型线圈,采用逐级升压法对模型线圈施加试验电压,利用数字式局部放电检测仪进行局部放电信号采集,在室温下对变压器匝间绝缘局部放电特征量和二维图谱信息进行了系统的研究。得出了不同加压持续时间下脉冲最大幅值、脉冲平均幅值、脉冲重复频率和脉冲功率的变化特征以及二维图谱的相位分布信息。

实数编码遗传模拟退火算法SHEPWM控制技术58-65

摘要：针对多电平逆变器SHEPWM（selected harmonic elimination pulse width modulation,SHEPWM）消谐模型的求解问题,提出一种遗传算法和模拟退火算法相融合的新型算法。该算法根据个体适应度值进行自适应交叉和变异操作,采用模拟退火算法进行个体更新,以增加种群的多样性,增强全局寻优能力,避免陷入局部最优,并以实数编码保存个体来提高计算精度。以二极管箝位三电平逆变器SHEPWM为例,给出了全调制度下的开关角度轨迹及较高调制度下的另外两组解,绘制了谐波失真含量（total harmonic distortion,THD）随调制度变化的曲线,并给出了详细的仿真结果。最后通过建立的二极管箝位三电平逆变器实验平台进行了实验验证,仿真和实验结果证明了该算法的正确性和可行性。

采用原子分解法的同步电机参数辨识66-72

摘要：为了准确辨识出同步电机参数,提出一种基于原子分解的新算法。首先构建相关原子库并将原子离散化参数连续化,运用进化匹配追踪算法,快速从同步电机突然短路电流中提取基波电流、直流电流、倍频电流;然后从分解的各原子信号特征参数中推算出同步电机参数。通过截取稳态短路电流的采样信号,辨识出同步电机的同步电抗和短路初相角值。以理想突然短路电流和含噪声的短路电流为例,仿真进行了对信号的原子分解,获得了相似度较好的重构信号。较之经验模态分解（EMD）和Prony算法,所提出的方法对含噪声信号短路电流的分解效果更佳。实测算例表明,应用原子分解方法可准确地提取同步电机参数,且有较好的抗噪性能。

低速直驱式大功率永磁同步电动机振动特性研究73-77

摘要：电机电磁噪声的主要来源是定子铁心和机壳的振动,转子偏心也会产生不平衡磁拉力,并导致电动机产生振动和噪声。采用低速直驱方式时,振动会直接传递到与电机系统相连的其他设备上,更易造成部件的疲劳或损坏。为预知低速直驱式大功率永磁同步电动机的振动特性,限制其振动和噪声水平。基于有限元方法,对该类电机定子进行了谐响应数值分析,并完成了转子的不平衡响应分析与计算。随后通过振动试验测试的方法,验证了理论分析的正确性。最终揭示出该类电机振动响应特性,进而为其减振降噪和结构优化设计提供必要的理论依据。

电解铝用高效感应滤波整流供电系统分析78-86

摘要：电解铝整流供电系统会产生大量的谐波与无功,不仅造成严重的电能质量问题,同时影响系统的运行效率。针对电解铝整流供电系统供电电压高、容量超大、整流变压器阀侧绕组电压低电流超大等特点,提出了一种适用于电解铝的新型感应滤波整流供电系统。相比传统整流供电系统,新系统在改善电能质量的同时,能够有效地缩短谐波及无功的流通路径,从而达到节能降耗的目的。新系统具有特殊的拓扑结构,并且为实现感应滤波技术,整流变压器的滤波绕组等值漏阻抗设计为零。理论分析了新系统的谐波传递特性和无功补偿特性。给出了样机试验分析,测试结果验证了理论分析的正确性,说明新型电解铝整流供电系统在谐波抑制、无功补偿以及节能等方面所具有的优势。

全封闭扇冷式电机三维全域稳态温度场计算87-93

摘要：为研究全封闭扇冷式（totally enclosed fan-cool,TEFC）感应电机额定负载运行时的温度场,以一台55 k W异步电机为例,运用等效方法对电机实际结构进行简化处理,通过绝缘等效手段建立了实际绕组等效模型,进而建立了电机温度场仿真计算模型,基于导热学基本定律及稳态热传导方程,采用有限元法对其进行稳态温度场计算。计算过程中,通过采用电机内冷却介质等效导热系数的方法解决了转子旋转以及电机内空气流动的问题;得到了电机各结构件的温升分布特性;对定子铁心不同位置的温升情况进行了细致研究,分析了转子内部温升分布情况,并对单根绕组的温升以及绕组周向的温升差异进行了数值分析,对样机进行了实验测试,将计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性。

考虑退绕问题的刚性航天器全局姿态稳定性控制94-98

摘要：针对刚性航天器姿态机动问题设计了能够有效减小能量损耗的非线性状态反馈控制器。由于修正罗德里格斯参数（modified rodrigues parameter,MRP）原始集在特征轴旋转角为±360°时存在奇异点,而相应的MRP映射集（shadow set）的奇异点处于特征轴旋转角为0°。将MRP原始集与映射集结合起来,实现全局非奇异姿态描述,解决了航天器姿态控制中的退绕（unwinding）问题。利用平方和（SOS）方法设计非线性状态反馈控制律,实现航天器全局姿态渐近稳定控制,同时实现更短控制路径,保证了控制过程中特征轴旋转角｜Φ｜≤180°。仿真结果表明了在干扰条件下该控制方法可有效控制航天器姿态稳定,且对能量损耗给出了定量分析结果。

曲面轮廓恒力跟踪的非线性双闭环控制99-106

摘要：针对机器人在跟踪未知曲面轮廓运动时,由于缺乏位置信息导致的接触力不恒定的问题,提出了非线性双闭环控制方法。该方法中的双闭环包括运动倾角的实时反馈校正器,以及基于非线性PID的法向接触力控制器。非线性PID控制器是由非线性跟踪微分器（TD）和状态误差反馈（SEF）构造的,基于线性PID框架的非线性控制器。首先,根据受力模型得到基于力反馈的运动倾角校正策略;另外,考虑到多维力传感器维间耦合的影响,对Maxwell三维力传感器的解耦矩阵进行了标定;同时,提出了力信号的自适应惯性滤波方法,改善了滤波器的灵敏度和稳定性,综合性能提高了34.42%;最后,实验验证了双闭环控制方法能有效提高力控制精度和稳定性,具有较强的可执行性和适应能力。

基于自适应最小二乘支持向量机逆系统的链式STATCOM控制策略107-112

摘要：对链式静止同步补偿器（static synchronous compensator,STATCOM）建立了非线性数学模型,采用逆系统反馈线性化的方法,构造了伪线性系统,并且将系统实现解耦。由于开关管IGBT的变化随时性及模型的不确定性,常常引起非线性模型参数的变化。为了解决这一问题,采用最小二乘支持向量机自适应地估计动态的模型非线性部分,通过反馈的方式加入到逆系统的输入端,从而补偿掉实际系统模型中的非线性部分,实现真正意义上的伪线性模型。由于是线性系统的解耦模型,采用线性二次型最优控制算法,实现配电网的无功补偿。仿真和实验结果表明,所提的算法很好地解决了配电网的无功补偿问题,且具有很好的鲁棒性和动态性能。

带有补偿环节的串并联混合型飞行模拟器指令分配方法113-120

摘要：提出了一种串并联混合型飞行模拟器,该模拟器结合了串联机构和并联机构的特点,能够实现高动态大角度机动飞行的运动仿真。针对所提出模拟器的指令分配问题,首先基于伪逆和梯度投影法给出了带有加权的速度层最优解。然后针对各个关节的物理约束,基于二次分配的思想设计了补偿环节,使得当某一个关节指令的速度或加速度超限时,可以利用其他未超限的关节进行补偿,这也使得模拟器能够模拟更高动态的运动。给出的指令分配算法能保证在获得期望位姿指令的同时,避免运动学奇异,同时还能充分发挥系统各关节的驱动能力。