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电机与控制学报 2018年第03期杂志 文档列表

基于VSC-MTDC的平均值建模与控制策略1-8

摘要：针对基于电压源型变流器（voltage source converter,VSC）的多端直流输电（multi-terminal HVDC transmission,MTDC）系统的电磁暂态仿真中,每一个VSC均包含多个电力电子器件,同时采用脉宽调制技术,势必增加VSC-MTDC仿真系统的数学计算量的问题,提出了一种VSC平均值模型替代VSC详细模型,以简化仿真系统。基于VSC平均值模型的简化方法,即：忽略变流器输出电压中的所有高次谐波,以受控电压源替代变流器输出,以虚拟受控电流源表征交/直流接口关系。最后,通过搭建三端VSC-MTDC输电仿真系统,对比了所提出的平均值模型与详细模型在各个工况下的系统响应,仿真结果表明,VSC平均值模型与详细模型在不同工况下,两者的系统动态响应基本一致,采用平均值模型系统仿真速度更快,仿真效率更高。

海水中感应耦合与超声耦合无线电能传输技术对比9-16

摘要：通过原理分析,提出了海水中感应耦合无线电能传输（ICWPT）系统的电路模型,其中考虑了海水的涡流效应,建立了匹配条件下传输效率的表达式。作为对比,基于单个超声换能器的电路模型,建立了包含两个超声换能器的超声耦合无线电能传输（UCWPT）系统电路模型,分析了匹配条件下的传输效率。分别以矩形耦合线圈作为电磁耦合装置,以压电复合材料换能器作为电声和声电转换装置,搭建了在海水槽中ICWPT和UCWPT系统实验平台。分别从传输效率与工作频率的关系、传输效率与耦合距离的关系进行了比较,并对传输功率进行了讨论。研究发现,ICWPT的传输效率与频率的关系曲线比UCWPT的效率与频率关系曲线更加平坦。较远距离时,UCWPT的传输效率高于ICWPT的传输效率。

永磁同步电机在线参数辨识方法研究17-24

摘要：针对在永磁同步电机参数辨识过程中,由于“数据饱和”和噪声影响,导致传统的递推最小二乘法存在参数估计误差大和收敛慢的问题。利用改进的递推最小二乘法提高参数辨识的精度和收敛速度,以满足伺服系统在不同工况下动态性能。首先,结合永磁同步电机数学模型,设计了一种折息递推最小二乘辨识算法,通过在传统的最小二乘法中引入“折息因子”增强了算法的灵活性。然后,通过对存在白噪声干扰的永磁同步电机模型进行辨识算法的动态仿真。最后,利用搭建的实验测试平台进行算法的实验验证。仿真和实验结果表明提出的折息递推最小二乘算法,在参数辨识过程中降低了旧数据对辨识结果的影响,增强了算法对噪声干扰的鲁棒性,提高参数辨识结果的准确性和实时性。

电压型逆变器分段死区补偿调制策略25-32

摘要：针对电压源型逆变器中死区效应引起的电流谐波畸变问题,提出了一种分段混合式PWM死区抑制策略。一方面在电机定子电流的非过零区域根据电流方向仅动作一个桥臂,实现了死区消除,并针对由器件导通压降与开关延时产生的电压误差进行了修正;另一方面在过零区域采用脉冲等效时间补偿法抑制零电流钳位效应产生的非线性误差。此外在整个区域补偿开关管的开通关断延时及器件的导通压降造成的非线性误差。为了最大限度增加死区消除时间的占比,设计了上述两种调制策略之间的最优切换方法。仿真和实验结果表明,死区分段消除与补偿混合调制策略能够显著减小定子电流的谐波畸变率,并有效抑制死区效应对系统的影响,证明了该方法的有效性和实用性。

盘式交流永磁同步电机温升影响因素研究33-41

摘要：首先根据510 kW盘式电机的电磁设计参数以及热物性参数建立了三维温度场流场耦合模型,分析了额定工况下电机发热部件的温度分布,接着对样机进行了温升实验。针对温升实验电机温度偏高进行了改进性研究探索。主动降温方面,建立了三维轴向磁通电机模型,从铁耗理论模型和电磁仿真模型角度分析了不同牌号硅钢片,在空载和负载工况下,铁耗瞬态变化趋势。被动降温方面,基于建立的三维耦合模型,分析了入口流速、端盖材质、额定负载和过载对电机定转子最高温度影响。接着分析了不同水道模型、不同入口流速条件下,对壁面对流换热系数以及入口和出口压力损失变化规律。通过以上温升影响因素的分析,为后续盘式电机散热冷却改进设计提供理论依据。

考虑总漏感随频率变化的异步电机参数离线辨识算法42-49

摘要：针对电机转子的鼠笼结构会导致总漏感随电流频率的不同而发生变化给激磁电感和转子电阻的测量带来偏差的问题,提出了一种离线辨识电机参数的算法。采用直流实验结合最小二乘法辨识定子电阻,采用低频交流实验辨识激磁电感和转子电阻,且激磁电感和转子电阻的辨识无需电机总漏感参数,从而消除了转子漏感参数变化给辨识带来的影响。另外,辨识算法辨识逆变器的非线性压降模型并对逆变器压降进行补偿以提高算法精度,激磁电感的辨识在不同激磁水平下进行以得到电机的激磁曲线。在TMS320F28035实验平台上实现辨识算法,验证了算法的辨识精度。

中点电位不平衡度反馈的三电平虚拟空间矢量调制方法50-58

摘要：中点电位不平衡是中点箝位型三电平逆变器的固有问题。提出了一种基于中点电位不平衡度反馈的虚拟空间矢量调制方法,考虑到中点电位偏移时小矢量和中矢量的变化,对三电平空间矢量进行重新分区,构造虚拟矢量。引入中点电位不平衡度,根据中点电位偏移方向和相电流的方向,选择有利于平衡中点电位的小矢量,合理安排矢量序列,实现对中点电位的精确控制。提出的控制算法能在全调制度下消除中点电位的低频波动,有效治理中点电位偏移,开关损耗低,动态性能好。仿真和实验研究验证了算法的有效性。

可控磁饱和电抗器在中压电网接地系统中运行状况的建模与仿真59-65

摘要：针对10～35 kV的中压电网经弧线圈接地运行方式中,消弧线圈的补偿度不能根据电容电流大小连续平滑调节的问题,提出了一种基于可控磁饱和电抗器的新型消弧线圈。并以一台额定电压为10 kV的可控磁饱和电抗器为研究对象,基于磁路分段的原理,充分考虑直交流绕组共同作用情况下磁路和电路的非线性问题,建立了消弧线圈的“磁路-电路耦合仿真模型”,并在系统模型中进行了仿真实验。对实验波形的计算结果表明,该消弧线圈可在电网发生单相接地故障时,能够根据单相接地电容电流的大小平滑调整补偿度,使接地电流得到有效抑制,保证接地电弧顺利自熄,提高系统的供电可靠性,并给出了谐波的抑制策略。

永磁同步电机转子位置检测滤波方法研究66-73

摘要：转子位置检测是实现永磁同步电机（PMSM）高性能控制的一个关键环节。由于检测环节非理想特性的存在,旋转变压器的转子位置检测结果中会产生微小误差,在电机振动噪声指标严格的领域,位置检测误差会对电机的振动噪声产生不利影响。针对以上问题,首先对旋转变压器的位置检测原理进行了简要分析,在此基础上,对旋转变压器各种非理想特性进行了分类和分析,得到了不同情况下的转子位置误差表达式。为消除可能出现的误差对电机控制造成的影响,提出一种位置检测滤波算法,仿真和试验表明：所提出的算法能有效滤除旋变位置检测误差,同时不产生延时,应用效果好。

基于二阶终端滑模优化的电流环滑模控制74-81

摘要：针对永磁同步电机电流环存在参数摄动、干扰等不确定因素,提出了一种基于二阶终端滑模优化的电流滑模控制。借助常规滑模控制的设计简单、容易实现等优点,计算得到电机电流环的等效控制量。利用二阶终端滑模设计不确定量的控制量,并引入自适应指数趋近律抑制系统参数摄动和干扰等不确定量。所提出的电流环滑模控制系统进行了稳定性分析,理论上可获得自适应零增益切换函数控制,达到有效抑制“抖振”,具有很好的鲁棒性。对仿真和实验波形的计算结果表明：所提出的控制方法提高了电流稳态精度,获得更好的调速性能,且设计简单。

不同冲击电压下变压器油击穿特性研究82-87

摘要：为了研究大型电力变压器绝缘油在振荡型冲击电压下极不均匀电场击穿特性,依据IEC60060-3标准搭建了能产生不同类型冲击电压波形的试验及其测量系统,在实验室利用该系统开展了振荡型冲击电压下油中极不均匀场的时域击穿和伏秒特性研究,并对实验模型电场进行了仿真分析。在实验过程中利用13.7 kHz振荡操作波、标准雷电波、3种不同频率的振荡雷电波,研究了变压器油在各个波形下的时域击穿图形及伏秒特性,对实验波形的计算结果表明：振荡型雷电波下的击穿点分布较广,振荡波的击穿电压整体高于标准雷电,但是它们的最高耐受电压与标准雷电下的基本一致。

内置式永磁同步电机低速无位置传感器控制88-94

摘要：针对内置式永磁同步电机低速无位置传感器控制相关问题,在分析内置式永磁同步电机动态数学模型的基础上,提出了一种基于高频信号注入法的转子位置估计方法。通过向电机的控制电压中叠加一个三相对称高频电压信号,对三相电流响应信号进行带通滤波,得到高频电流分量,利用最小二乘算法提取三相高频电流响应的幅值大小,并经过特定算法提取出转子位置。该算法运算量小,估计误差低,易于实现,对电机参数变化不敏感,鲁棒性强,对一台内置式永磁同步电机无位置运行的实验结果表明转子位置提取算法的有效性,根据工作状态的不同,检测误差会有所不同,但误差限都控制在±6°（电角度）以内,平均检测误差都小于3°（电角度）。

两相导通BLDCM DTC电压空间矢量分析95-104

摘要：两相导通无刷直流电机直接转矩控制（BLDCM DTC）系统中电压空间矢量的正确定义和选择直接影响电机的控制性能。提出了适用于两相导通无刷直流电机中的电压空间矢量（包括正矢量、反矢量、零矢量）定义方法,并指出由于电感电流的连续性以及续流二极管的存在,开关管全关条件下作用在电机上的电压空间矢量并非零矢量,而是前一时刻所选择的正矢量对应的反矢量。在一套无刷直流电机DTC实验平台上进行了对比实验分析,得到了正矢量、反矢量、零矢量对电磁转矩变化的影响规律,实验结果验证了理论分析的正确性,并由此提出了一种两相导通BLDCM DTC系统的实用设计方法。

控制受限的挠性航天器姿态机动控制和振动抑制105-113

摘要：针对挠性航天器姿态机动过程中存在模型参数不确定性、外界干扰、执行机构饱和受限及挠性附件振动及挠性模态不易直接测量的问题,提出了一种鲁棒自适应控制方法。首先构造挠性模态观测器对挠性模态变量及其变化率进行观测,然后,设计自适应控制律来处理系统中的不确定参数和外界干扰上界。最后,通过引入附加的输入误差系统来补偿执行器的饱和非线性,从而保证所设计的控制力矩不超过执行器的幅值上限。基于李雅普诺夫方法证明了所设计的控制器保证了姿态机动过程的稳定性和挠性模态振动的衰减,最后通过数值仿真验证表明所设计的控制器能够严格满足执行机构的饱和约束,在完成姿态机动控制的同时,有效抑制了挠性附件的振动。

互相关噪声下动力定位船艏向估计方法114-120

摘要：实际系统中的噪声具有一定的相关性,通常不满足独立高斯白噪声的假设。研究了具有相关噪声的动力定位船舶艏向估计问题,首先建立船舶艏向运动状态方程,假设状态噪声和测量噪声是一步自相关和两步互相关的。然后基于新息分析的方法,通过使用投影定理,分别计算出滤波增益矩阵和预测增益矩阵,建立状态预测更新方程和估计误差协方差预测更新方程。最后,通过状态预测值,得到对应的状态估计值,进而得到了一种相关噪声下的滤波算法。通过仿真实验,进一步验证了所提算法的有效性。