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电机与控制学报 2017年第09期杂志 文档列表

基于参考磁链矢量计算的PMSM直接转矩控制1-7

摘要：为了减小传统直接转矩控制中较大的转矩和磁链波动，并使逆变器开关频率保持恒定，研究了一种基于参考磁链矢量计算的永磁同步电机直接转矩控制方法。从定子磁链矢量的变化所反映出的对转矩和磁链的控制作用考虑，对基于参考磁链矢量计算的直接转矩控制的原理和结构进行了详细地分析和论述。在此基础上，通过转矩方程局部线性化来获取转矩环的控制模型，在线性化过程中的误差进行分析的基础上，研究了转矩环PI控制器的参数设计方法。仿真和实验结果验证了所研究控制方法的可行性和有效性。

十五相异步电机建模及稳态仿真研究8-14

摘要：为研究变频供电多相异步电机的稳态性能，依据电机多回路理论，采用广义坐标变换矩阵。建立了正交坐标系下十五相（3组五相移12°）异步电机的数学模型。在分析归纳以三相和五相为单元的2类典型多相电机状态变量对称性的基础上，给出了十五相异步电机的稳态仿真算法。对方波变频供电五相和十五相（3组五相移12°）两台异步电机的定子电流、转子电流和电磁转矩进行了仿真计算和分析比较。仿真计算结果表明，方波供电时十五相电机稳态定子电流谐波含量高于五相电机，稳态转矩脉动和转子侧电流谐波含量低于五相电机。

一种时域电磁仿真终止判断的新方法15-21

摘要：时域电磁仿真方法在求解谐振结构响应时能量耗散慢，为了获取理想的频域结果，需要大量的仿真步数。采用矢量拟合方法对频域仿真结果根据已有初始频点进行预测，同时采用特征选择验证方法对相邻两次拟合结果进行相似度比对，使用特征选择验证方法的输出结果作为仿真终止的判据，并讨论了对比步长与收敛判据之间的关系。使用开缝金属箱体的屏蔽效能仿真算例验证判据的有效性，并与传统基于能量衰减的仿真终止判据进行性能对比。实验表明。提出的方法在保证仿真精度的同时可以节省谐振结构的仿真时间，说明使用矢量拟合和特征选择验证方法进行谐振结构的时域仿真收敛判断是有效可行的。

基于励磁阶跃法的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断22-30

摘要：对转子绕组匝间短路故障的快速、准确检测可以缩短故障处理时间，降低停机成本。首先分析了匝间短路对励磁回路暂态阻抗参数的影响，预测当发电机出现转子绕组匝间短路后，在阶跃电压作用下。励磁电流的上升速度将变快。为了验证该设想，利用有限元分析软件建立了一台300WM汽轮发电机的仿真模型。对比了短路程度、短路位置对阶跃励磁电压作用下的励磁电流上升速度的影响，同时研究了被短路回路电流、阻尼电流以及定子绕组并联支路环流的变化规律。仿真结果验证了理论分析的正确性，最终提出了一种新型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法。

混合转子无刷电励磁同步电机参数的解析计算31-37

摘要：研究了无刷电励磁同步电机的运行机理和混合转子的磁场调制原理，运用叠加法与绕组函数法相结合，建立了混合转子无刷电励磁同步电机电感参数模型，研究了混合转子无刷电励磁同步电机电感参数解析计算方法，通过编制程序对电机的电感参数进行计算，得出了电感参数随转子位置变化的规律，并采用有限元法计算了电机的电感参数。研制了实验样机，采用静测法进行了电感参数的测试。将解析计算结果分别与有限元计算结果和实验结果进行对比分析，验证了所提出混合转子无刷电励磁同步电机电感参数解析计算模型的正确性。为该种电机的进一步仿真分析与研究奠定了技术基础。

转子偏心对发电机非正规绕组环流损耗的影响38-46

摘要：为研究转子静态偏心对汽轮发电机支路不对称绕组环流及环流损耗的影响，以一台2极397MW汽轮发电机为例，建立了其二维瞬态场有限元求解模型，对电机转子在不同偏心率下的定子绕组各支路环流进行了分析计算，得到了支路环流随时间的变化规律，给出了各支路环流的谐波含量，并在此基础上求取了支路环流损耗；最后将计算结果与支路对称时的情况进行了对比。分析结果表明，转子静态偏心情况下支路不对称绕组的环流损耗随着偏心率的增大而增加，在相同的偏心率下支路不对称绕组的环流损耗大于支路对称绕组的环流损耗，在支路不对称绕组的工程设计中应充分考虑环流损耗所带来的影响。

永磁直线同步电机的智能增量滑模控制47-54

摘要：针对永磁直线同步电机直接驱动伺服系统的位置跟踪精度易受参数变化、外部扰动、端部效应等不确定性因素的影响，提出了一种将小波神经网络（wavelet neural network，WNN）和增量滑模控制器相结合的智能增量滑模控制方法。利用系统先前的状态信息和控制动作作为反馈量，同时选择饱和函数作为切换函数来设计增量滑模控制器，不仅削弱了抖振，而且提高了系统的跟踪性能I并0用WNN实时观测和补偿参数变化和外部扰动等影响，并采用改进的粒子群优化算法在线调整WNN的学习率，对不确定因素进行实时估计。从理论上分析证明了此控制器可以保证系统收敛，提高了直线伺服系统的控制性能。通过系统实验，证明了所提出方案的有效性，与滑模控制（sliding mode control，SMC）相比，系统具有强鲁棒性和良好的位置跟踪精度，明显地削弱了抖振现象。

一种抑制初始微分峰值现象的改进型三阶时变参数扩张状态观测器55-62

摘要：传统扩张状态观测器（extended state observer，ESO）在运行时普遍存在着由于状态变量的初始观测值和实际值的偏差过大带来的初始微分峰值现象。为抑制微分峰值现象，避免系统调节过程中出现振荡，缩短调节时间，提高动态性能，提出了一种改进型三阶时变参数ESO。首先，给出了改进型三阶时变参数ESO的构建方法和稳定性证明。然后，分析了该新型ESO在有扰动时的观测误差范围，并与传统ESO做了对比。最后，通过仿真表明该三阶改进型时变参数ESO能有效抑制微分峰值现象，且比传统的三阶非线性ESO具有更快的收敛速度和更高的观测精确度。

变速变负载无轴承永磁同步发电机悬浮力及发电性能研究63-72

摘要：针对普通发电机轴承磨损严重的问题，提出一种无轴承永磁同步发电机。首先分析了无轴承永磁同步发电机的悬浮原理和发电原理；其次，推导了感应电压表达式，利用麦克斯韦张量法建立悬浮力和电磁转矩的数学模型并验证其正确性；再次，运用参数化分析法设计并优化了发电机结构，仿真结果验证了发电机具有良好的悬浮力和电磁性能；另外，将设计的样机进行试验，验证了该发电机具有良好的动态性能；最后针对发电机常见的变速、变负载的问题，基于有限元仿真分析了其对发电机运行性能的影响。仿真结果说明该发电机在特殊工况下具有良好的悬浮性能。研究表明提出的新型发电机具有良好的动静态性能可以稳定运行。

基于Buck-Boost电路的能量转移型均衡方案73-79

摘要：提出了一种基于Buck—Boost电路的新型均衡电路，实现了锂离子串联电池组充放电均衡。根据均衡能量流向，采取两种不同的均衡策略：电池组放电时，均衡能量由电池组向组内荷电状态（state of charge，SOC）较低的单体电池转移；电池组充电时，均衡能量由电池组中SOC较高的单体电池向电池组转移。以单体电池开路电压在线估计为基础，运用开路电压法估算SOC，选取SOC值在一定阈值范围之外的单体电池作为均衡对象，对6节串联的磷酸铁锂电池进行了充放电均衡实验。实验结果表明，该方案可以有效减小单体电池间的不一致性，提升电池组的整体性，同时提高了电池组充放电容量。

高压直流换流变压器油纸绝缘线性与非线性电场分析80-87

摘要：换流变压器油纸绝缘材料的电导率受电场强度与温度的影响呈非线性变化。为研究材料非线性对换流变压器极性反转电场分布的影响，对油纸绝缘电导率的非线性变化规律进行了数值拟合，利用RC等效电路进行了计算与分析，并运用ElecNet有限元软件对一台±400kV换流变压器网侧和阀侧绕组端部电场进行了仿真。计算与仿真结果表明非线性材料极性反转完成时油中最大电场强度为线性材料的78％，但稳态时油中电场强度是线性情况下的36倍。电导率的电场强度非线性会均化由温度梯度带来的电场梯度。最后根据计算与仿真结果提出绝缘的改进方向。

面装式永磁同步电机无差拍直接转矩控制88-95

摘要：为解决永磁同步电机传统直接转矩控制脉动大、开关频率不恒定，以及现有永磁同步电机无差拍直接转矩控制计算复杂、电压矢量解不唯一的问题，在电压源逆变器受限的情况下，针对表贴式永磁同步电机提出了一种简化无差拍直接转矩控制，计算出的电压矢量由空间电压矢量脉宽调制方法实现，保证逆变器开关频率恒定，该方法计算简单，无需计算二次方程。考虑到控制系统的延时，对电流进行预测计算，同时为提高定子磁链和电磁转矩的计算精度，设计采用观测器方法对定子磁链观测。仿真和实验结果表明，永磁同步电机的转矩和磁链脉动明显减小，动态性能好。

风柴独立微电网频率H2／H∞优化控制研究96-102

摘要：受风能和负荷不断变化的影响，风柴互补的独立孤岛型微电网会出现频率的大幅度波动。为保证微电网的正常运行，设计了一种H2／H∞控制器对柴油发电机进行有功功率调节，平衡由于风能和负荷的变化而引起的功率偏差，实现微电网的频率控制。H2／H∞控制器综合了两种性能指标的优点，其中，采用皿性能指标使系统获得较好的动态性能，采用H∞性能指标提高系统抑制随机干扰的能力，使系统对风电及负荷扰动等随机干扰既有较强的鲁棒性，又保证具有较好的动态性能。仿真结果表明，加入了H2／H∞控制后，微电网的频率变化能够控制在要求的范围内，避免了因负荷、风电相互作用而引起的频率波动，保障了微电网的安全、稳定运行。

电磁超声特征信号检测系统的设计103-109

摘要：针对电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer，EMAT）转换效率低、信号微弱、信噪比低的问题，设计开发了包括电磁超声换能器在内的，由低噪前置放大器、宽带接收器以及基于虚拟仪器的正交锁相放大等构成的电磁超声检测系统。对比了传统EMAT结构与新的EMAT结构磁通密度的不同，通过提高偏置磁场的强度提高EMAT的换能效率；分析了前置放大器、宽带接收器、电磁超声换能器的频率响应特性；研究了相敏检波器中低通滤波器的阶数、滤波器类型以及截止频率对电磁超声回波信号检测的影响，并对铝板进行了缺陷检测实验。实验结果表明：该系统能够实现电磁超声信号的实时采集、分析和存储，同时能够提高信号的信噪比和分辨率。

基于可变设计参数的平面Acrobot位置快速控制方法110-118

摘要：为平面Acrobot系统（无重力项）提出一种基于可变设计参数的快速位置控制方法。首先，根据平面Acrobot系统的完全可积特性，获取驱动关节与欠驱动关节的角速度和角度约束关系。其次，根据系统的物理结构，推导出末端点坐标位置和两关节角度之间另一类约束关系。然后，基于这两类约束关系，利用粒子群优化算法求取目标位置对应的两杆目标角度。接着，通过构造李雅普诺夫函数为平面Acrobot系统设计控制器，并根据控制器中设计参数的特性，选择一个可变的设计参数，减少控制系统到达目标的时间。利用连杆角速度和角度约束关系，通过控制驱动杆到目标角度同时连带控制欠驱动杆到目标角度，实现系统的控制目标。最后，仿真结果验证所设计控制方法的有效性和快速性。