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电机与控制学报 2018年第02期杂志 文档列表

高频非晶合金轴向磁通永磁电机不同冷却方案温度场分析1-8

摘要：针对高频非晶合金轴向磁通永磁电机永磁体涡流损耗大、永磁体温升高的问题,对定子连接板上开设水道冷却系统和电机两侧端盖加装冷却水套冷却系统的冷却效果进行了对比分析。对于定子连接板上开设水道冷却系统,计算了不同水道数和不同水速时永磁体温升,给出了水道数选择依据。对电机两侧端盖加装冷却水套冷却系统,分析了冷却水套中有无扰流板以及扰流板形状及其放置位置对冷却效果的影响,并对几种方案水头损失进行了对比分析。计算了不同水速时定子连接板水道冷却系统和无扰流板水套冷却系统永磁体温升和水头损失,指出定子连接板水道冷却系统更适合于非晶合金轴向磁通永磁电机。对一台7 kW、无扰流板水套冷却系统非晶合金轴向磁通永磁样机进行了温升实验,实验结果验证了仿真分析的正确性。

线电压调制的PWM逆变器相电流重构策略9-16

摘要：为了实现脉冲宽度调制（pulse width modulation,PWM）逆变器驱动系统在相电流传感器故障情况下的容错运行,提出了一种基于线电压调制的相电流重构策略。首先根据线电压调制的原理得到电机三相占空比;然后,从占空比合理分布的角度对三相占空比进行调整;最后,依据伏秒原则,根据一个开关周期内总占空比不变的原则计算出补偿占空比。分析了母线电流成分并指出了缓冲电路与母线寄生参数对电流重构性能的影响,在此基础上提出的π型缓冲电路,能够在保证电路性能的前提下,最大限度地减少缓冲电路对相电流重构性能的影响。最后进行了实验研究,证明了所提出的相电流容错控制方法的正确性和可靠性。

步进电机期望控制脉冲的无抖动输出方法17-23

摘要：为了提高步进电机在开环控制情况下的速度跟踪控制性能,提出了基于脉冲周期控制参数值条件更新的期望脉冲无抖动输出方法。首先,根据相邻时刻的两个期望脉冲周期值间的数学关系,构建了全时域的时序分析模型,分析了脉冲抖动输出现象;然后,归纳总结了脉冲无抖动输出的控制参数值更新条件;最后,根据归纳总结的控制参数值更新条件,采用超高速集成电路硬件描述语言,构建了脉冲无抖动输出的控制器知识产权（intellectual property,IP）核。理论分析结果和实验结果均表明,该方法能够有效解决因控制参数值无约束更新而导致的脉冲抖动输出问题,进而有利于提高步进电机期望速度跟踪控制性能。

基于直接功率控制的开绕组BDFG系统共模电压抑制24-32

摘要：无刷双馈发电机（brushless doubly-fed generator,BDFG）的定子上具有两套极数不同的绕组,分别为功率绕组和控制绕组。开绕组无刷双馈发电机（open winding brushless doubly-fed generator,OW-BDFG）是将控制绕组全部打开,两端各接一个变频器对OW-BDFG进行控制。当两个变频器之间采用共直流母线结构时,会在系统中形成零序电流的回路,在共模电压的作用下会产生零序电流,影响发电机的效率和性能。针对OW-BDFG的特殊结构,基于直接功率控制（direct power control,DPC）策略,提出了一种能够消除共模电压的电压调制方法,既实现了对有功功率和无功功率的解耦控制,又解决了共直流母线OW-BDFG系统中存在零序电流的问题。最后,通过仿真和实验研究与对比分析,验证了所提出的基于直接功率控制的开绕组BDFG系统共模电压抑制（direct power control-common-mode voltage elimination,DPC-CMVE）方法的可行性和优越性。

磁场干涉对永磁电机电磁力特性影响研究33-40

摘要：针对亲水永磁电机水下噪声声学指向性问题,用理论和数值仿真的方法研究了分数槽电机,在理想正弦波供电、含有谐波电流供电时,磁势干涉后齿上径向力的特点。发现理想正弦波供电时,齿上径向力间隔特定个齿后周期性出现。相电流中存在谐波电流,耦合磁势的频率不相互干涉时,齿上径向力时域无周期性,频域幅值依然存在周期性;若耦合磁势干涉时,则时域、频率都不存在周期性。实验的相电流存在大量可耦合出干涉磁势的谐波电流,振动测试的结果验证了干涉后,电磁力频域幅值非周期性的规律。不同的径向力会导致齿上不同的振动。该理论可以从电磁力激励源上解释亲水永磁电机水下噪声声学指向性的现象。

低载波比永磁同步发电机PWM整流的改进拓扑41-48

摘要：永磁同步发电机可以使用PWM整流器进行整流与直流稳压,并采用SVPWM矢量控制策略。在诸如高速发电机及大容量发电机系统中,PWM整流器的载波比（开关频率与基波频率比值）低,以致矢量控制性能恶化。为此,提出PWM整流器改进拓扑,在维持功率管开关频率不变的前提下提高整流器的等效开关频率,改善矢量控制的品质。根据PMSG和PWM整流器在d-q坐标系下的数学模型,构建矢量控制系统,提出针对改进整流器的PWM信号生成方法,并进行仿真和实验研究。仿真和实验结果均验证PWM整流器改进拓扑的有效性及PMSG系统矢量控制算法的正确性。

三相四线制逆变器中性点电压脉动抑制新型拓扑49-56

摘要：三相分裂电容式逆变器在负载不平衡条件下,中线电流流入分裂电容,使得中性点电位发生脉动,影响三相输出电压幅值相位。而且中线电流增大需要更大容量的分裂电容以减小电压脉动,以保证三相电压对称,但电容容量的增大增加了逆变器成本和体积。针对由分裂电容本身的差异性和负载不平衡度增大时导致电容电压不均衡增大的问题,将高频变换电路用于三相分裂电容逆变器的前级,均衡分裂电容电压,提出了一种三相四线制逆变器中性点电压脉动抑制拓扑,并详细分析了其工作模态。经过仿真和实验验证,该拓扑结构有效地提高了逆变器对三相不平衡负载的抑制能力,同时降低了分裂电容的容量与体积。

永磁同步电机的自抗扰控制调速策略57-63

摘要：针对永磁同步电机调速系统的超调和快速性之间矛盾的问题,在分析永磁同步电机数学模型和自抗扰控制原理的基础上,提出了一种永磁同步电机线性自抗扰控制器的设计方法,并将其应用于矢量控制当中以改善永磁同步电机的运行性能。进而对此控制策略研究了影响永磁同步电机运行状态的因素,给出了永磁同步电机的数学模型,分析了自抗扰控制器的设计原理和参数整定方法,选择出适用于永磁同步电机的自抗扰控制器。最后将仿真结果与传统的PI控制进行对比。仿真与实验结果表明：采用自抗扰控制进行调速的系统比PI控制有着更好的运行性能,电机无超调启动;而且当系统负载转矩突然变化时电机也能快速的响应。

电动汽车充电机控制系统建模与滑模变结构控制64-70

摘要：在分析了电动汽车充电机控制系统各环节模型的基础上,建立了控制系统电压和电流两种充电方式下的数学模型,进而提出了分别采用基于电压和基于电流的滑模变结构控制算法（SMC）进行充电控制,以增强充电过程的鲁棒性。在此基础上,设计了以可编程门阵列（FPGA）芯片为核心控制器的充电机控制系统,给出了系统的总体结构和运行过程;控制系统中分别采用基于PID的常规三阶段式充电和基于SMC的智能充电两种充电模式,对应不同的动力电池类型,增加通用性。对SMC控制方法和不同充电模式的性能进行了仿真分析,结果表明SMC方法在充电机系统控制上具有优良的控制性能和鲁棒性能。

多逆变器并联微网系统的功率管开路故障分析及诊断71-78

摘要：与单逆变器系统功率管开路故障不同,微网系统的开路故障不仅与其并网/离网的运行模式有关,还与其内部各模块之间存在着相互影响有关,所以故障表现更为复杂和难以识别诊断。针对这些问题,首先在理论上分别分析了多逆变器并联的微网系统在并网和离网模式下的某逆变模块开路故障表现,得出微网在并网模式下各模块之间的独立性和离网模式下各模块之间的相关性,并且在仿真中验证理论的正确性;然后在上述的基础上,进一步提出了一种新的基于稀疏编码的算法,用于提取兼容微网这两种运行模式的故障特征,并使用神经网络分类器完成微网系统的故障诊断;最后在仿真和实验平台上验证了该方案的有效性。

一种融合分形与BP网络PCA的海流机故障检测方法79-88

摘要：针对直驱式永磁同步海流发电机在非稳定工况下故障检测问题,提出了一种融合分形与BP网络PCA的故障检测方法。该方法通过计算历史监测数据的分形维数,实现历史数据与待测数据的轨迹同步和工作模式统一。通过BP网络PCA建立预测模型,去除流速变化对监测数据的影响,判断数据变化趋势。利用统计方法获取残差函数,进行故障检测。为了验证所提方法的有效性和可靠性,搭建了海流样机实验平台,用于模拟多工况运行环境,并测试多种传统方法。实验结果表明：在海流机变转速同时变载荷工况下,该方法对比其它方法能够快速准确的检测到故障,适用于解决非稳定工况的故障检测问题。

基于稳定补偿状态观测器的旋转导向钻井轨迹跟踪控制89-97

摘要：旋转导向钻井是近年来应用于钻井作业中的一种新型导向钻井技术,具有成本低、钻速高、井眼轨迹平滑、可延长水平段等优点。针对一种旋转导向钻井系统的井眼轨迹跟踪问题,分析了系统模型的渐近稳定性;实现了一种基于状态反馈的二维井眼轨迹跟踪控制器。为了克服滞后项所导致的状态观测器稳定问题,提出了一种基于稳定补偿的状态观测器设计方法。控制系统设计的整体思路是利用基于指数趋近律的积分滑模变结构方法实现稳定补偿控制,保证了状态观测器的渐近稳定性;同时为提高系统整体性能,进一步使用遗传算法对系统控制器和观测器参数进行了优化。通过对不同的给定钻井轨迹进行对比仿真实验,验证了所提的控制系统设计方法的有效性。

多逆变器并网系统谐振特性模态分析与有源阻尼稳定域计算98-107

摘要：连接于同一公共连接点的多个并网逆变器与电网之间的交互影响对系统的稳定运行和电能质量是一个潜在的威胁。对于LCL型并网逆变器,LCL滤波器相互关联使多个逆变器构成一个高阶网络,激发频率更为复杂的谐振。基于逆变器侧电流直接控制建立微电网导纳矩阵,采用模态方法分析系统谐振频率。对于适用于逆变器侧电流直接控制的有源阻尼方法,通过离散系统稳定域分析,确定采样频率和有源阻尼系数的稳定区域。实验结果证实,模态分析和阻尼系数稳定域计算在多逆变器并网系统是有效的。

复合自抗扰在三电机同步控制系统的应用108-116

摘要：针对自抗扰控制器（ADRC）算法复杂、参数多且调节耗时耗力的问题,对ADRC结构进行优化的基础上,设计了基于径向基函数（RBF）神经网络的复合ADRC。该控制器利用RBF神经网络实现对被控对象的在线跟踪,获得ADRC参数的在线调整信息,从而实现ADRC参数的在线自调节功能,并将此方法运用于三电机同步控制系统,结合西门子S7-300 PLC构建实验平台,在PLC上实现基于RBF神经网络的复合ADRC控制算法进行速度控制实验,实验结果表明该方法不仅能实现部分参数的自调节功能,而且能使超调量降到最低甚至实现速度的无超调调节,提高了系统的动态性能和稳态精确度。实验结果证明了该方法具有实际应用性。