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电机与控制学报 2018年第10期杂志 文档列表

三相逆变器的随机双PID组合优化方法1-9

摘要：针对永磁同步电机控制系统中电流脉动和开关损耗的问题,提出了一种三相逆变器的基于随机双PID控制器的开关组合优化控制策略。首先,为了解决控制器参数选择困难的问题,设计了缩小控制器参数范围、标识满足控制性能参数的随机算法对传统的双PID控制器进行参数选择。然后,依据最优控制理论,提出了一种使得三相逆变器输出的电压矢量跟踪双PID控制器输出的期望电压矢量的开关组合优化控制策略。最后,与传统PWM方法的对比实验结果表明,开关组合优化控制策略的电流跟踪误差平均值减小了1.09%,均方差减小了25.28%,开关转换次数减小了4.65%,从而验证了控制策略的有效性。

六相永磁同步电机新型单向滑模控制10-19

摘要：针对具有非线性、参数摄动和负载扰动特性的六相永磁同步电机转速控制问题,结合全局快速终端滑动模态提出了一种新型单向滑模控制律,该控制律基于两个快速终端滑模面和四个辅助滑模面,能够保证系统状态误差的全局快速收敛特性,在增大趋近速度基础上消除了常规滑模由于状态轨迹穿越滑模面产生的抖振现象。为在线实时估计系统不确定扰动,提出了一种扩展状态扰动观测器,该观测器无需扰动先验信息,利用定子电流和电机转速信号快速平稳补偿系统扰动量。试验结果表明,基于新型单向滑模与扰动观测器的六相永磁同步电机转速控制系统响应速度快、控制精确度高,而且对转速给定和负载扰动具有强鲁棒性,验证了所提算法的有效性。

双Y移30°六相PMSM的滑模变结构控制技术20-24

摘要：针对双Y移30°PMSM的基于空间矢量控制的直接转矩控制(SVM-DTC)技术中PI调节器拖慢系统响应速度的问题,提出一种旨在提高系统响应速度的自适应滑模变结构控制技术。根据系统动态变化参数,研究其状态运动轨迹,通过控制量的切换使系统状态沿着其状态运动轨迹运动,系统的状态在参数发生变化或出现外界干扰时有不变性,达到了提高动态响应的目的。最后,在仿真工具中搭建双Y移30°六相PMSM调速系统的仿真模型,仿真结果明该控制方法解决了PI调节器积分环节响应速度慢的问题,电机转速和转矩的超调量较小、鲁棒性好、可靠性高、具有较强的抗扰动性能。验证了所提方法的正确性和有效性。

电动车用开关磁阻电机驱动系统多指标同步优化25-34

摘要：为了提高电动汽车用开关磁阻电机综合性能,在获得开关磁阻电机磁链特性曲线的基础上建立了其非线性动态模型;以改善平均转矩,降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种多指标同步优化开关角度的方法,建立了最优开通角、关断角与转速、负载转矩之间的函数关系;设计了基于可变开通角、关断角的驱动系统优化控制器;定义了均方根电流比例系数、转矩平顺度比例系数和等效功率比例系数3个概念,将多指标同步优化策略与平均转矩最优化策略进行了对比分析,分析及实验结果表明:利用多指标同步优化开关角度的方法建立的转矩优化控制器能很好地平衡平均转矩、转矩脉动和电机效率3个参数指标,达到了优化开关磁阻电机转矩动态特性的目的。

一种LCL型并网逆变器的复合阻抗重塑方法35-42

摘要：LCL型并网逆变器高频谐波衰减能力强,但存在谐振问题,并且并网电流在电网低频谐波电压的扰动下发生严重畸变。建立LCL型并网逆变器的状态空间模型,通过状态反馈有源阻尼控制配置主导极点,对并网逆变器谐振频率的输出阻抗进行校正,引入阻尼比以抑制谐振峰。进一步地,为了抑制电网背景谐波电压对并网电流的扰动,提出一种谐波补偿方法,通过电压前馈函数与二阶Butterworth滤波器串联,重塑逆变器的中低频输出阻抗,同时提高了电压前馈控制对阻抗参数的鲁棒性。采用这种复合阻抗重塑方法时,逆变器的中低频输出阻抗可以增大10倍以上,仿真实验验证了所述方法的正确性和有效性。

相间并联电抗器与可控电抗器共同抑制潜供电流方法研究43-50

摘要：为降低超高压线路潜供电流数值、改善单相重合闸条件,针对传统补偿方法的不足,提出了一种利用相间并联电抗器来取代中性点小电抗补偿相间电容的方法,从而在系统正常运行时,使相间电抗器成为并联补偿装置的一个组成部分,与相地可控电抗器构成两级补偿装置,同时起到无功补偿和抑制系统潜供电流的作用。针对已知参数建立了500 kV系统联络线的仿真模型,进行了仿真计算,并在电力系统动态模拟实验室中建立了500 kV系统模型的低压实验平台,通过仿真和实验结果的对比验证了所提出方案的正确性和有效性,最后分析了高补偿度下单相断开后的谐振现象及其抑制方法。

离散驱动策略对磁致伸缩惯性冲击电机步长及工作频率的影响51-57

摘要：为提高磁致伸缩惯性冲击电机的工作频率,增大输出步长,提出了一种带有死区保护的优化驱动策略。该策略通过计算电机步进所需时间来确定两个驱动信号之间的间隔(即死区时间),实现方式类似占空比调制。并且通过分析电机运动过程及动力学模型,建立了电机的步长及收缩步进时间的数学模型。最后,针对所开发的惯性冲击电机进行了测试,并将结果与传统驱动方法进行对比。结果表明,文中所建立的模型能够较为准确地预测电机步长及步进收缩时间。采用带死区保护的优化驱动控制策略后,磁致伸缩惯性冲击电机的最高工作频率由120 Hz提高至250 Hz,且电机步长得到了增加。

三级式电机电流/转速分时段闭环起动控制58-66

摘要：针对三级式同步电机起动过程中主发电机与励磁机电磁耦合严重,在现有起动控制策略下存在转矩冲击、动态起动困难的问题,通过分析转速环和电流环的调节特点,结合航空发动机负载大惯量特性,提出一种通过电流/转速分时段独立闭环调节主发电机电压矢量幅值的起动控制方法。在此基础之上,采用一种改进型的二阶线性自抗扰控制器对电流环进行优化改进。实验结果表明,所提出的控制方法可以有效提高电机在电动状态下的运行稳定性,减小了起动过程中的转矩冲击,具有较快的响应速度,适用于电机的动态起动。

磁悬浮开关磁阻电机二阶滑模直接转矩控制67-76

摘要：为解决单绕组磁悬浮开关磁阻电机(single winding bearingless switched reluctance motor,SWBSRM)运行脉动以及转矩与悬浮力耦合问题,提出了二阶滑模(second order sliding mode,SOSM)—直接转矩与直接悬浮力控制(direct torque and direct suspension force control,DT/DSFC)策略。针对SWBSRM单绕组运行方式,采用五电平功率变换器,结合麦克斯韦应力和机电能量转换原理,推导出SWBSRM磁链、电压、转矩和悬浮力的直接数值解析模型,构建分电压输入模块,实现转矩与悬浮力解耦控制。为进一步提高系统鲁棒性与运行可靠性,消除稳态运行过程中转速脉动,结合超螺旋算法,设计出转矩子系统SOSM控制器,并构建样机控制系统。结果表明SOSM-DT/DSFC能有效消除控制系统的抖振,提高动态特性和鲁棒性,验证了控制策略的合理性与优越性。

抑制BLDCM换相转矩脉动的超前换相控制策略77-86

摘要：为了抑制无刷直流电机的换相转矩脉动,该论文从引起换相转矩脉动的主要原因——电流滞后入手,提出了一种新颖的超前换相的电机控制策略。该策略是通过让电机提前一段时间进入换相状态并且在换相过程对三相电压同时进行PWM调制来实现的。根据所提出的换相策略详细分析了换相过程中的不同阶段的电流流向,理论上推导了电机提前换相时间的解析式。通过实验给出了在不同转速和负载下运用所提方法进行换相的电流波形,将其与传统的换相方法比较,分析两者电流在换相期间的波动值。实验结果表明传统换相方法的电流波动值远远高于该论文提出的方法的电流波动值,验证了这种方法在抑制换相转矩脉动上的有效性。

多相混联式整流发电机系统直流侧短路电流87-92

摘要：针对多相混联式整流发电机系统直流侧突然短路的问题,以十二相整流发电机系统为例,分析了十二相整流输出端不同联接方式,并推导了交流侧短路电流的解析表达式和不同串并混联方式下的多相整流系统直流侧短路电流,进而获得了各种联接方式下直流侧短路电流的解析表达式,总结归纳出了相应联接方式下的直流侧和交流侧短路电流比值范围,结果表明,即使均采用“两并两串”方式,但不同串并组合时的直流侧短路电流峰值是不同的;通过有限元仿真和样机试验验证了理论分析结果的正确性,为舰船电力系统开关保护装置的合理选择和设计提供了指导,研究方法可推广至其他多相整流发电机在任意混联拓扑输出方式下的直流侧短路电流分析。

不同运行方式下增程式电动客车能量管理策略优化93-102

摘要：为了探讨能量管理策略对增程式电动汽车燃油经济性提升的潜力,以某增程式电动客车动力系统作为研究对象,在电量消耗-电量保持模式(CD-CS)和混合模式(Blended)两种不同的增程式电动客车单日运行方式下,提出一种基于凸优化的能量管理策略。考虑增程器在不同输出功率下燃油经济性最优工作状态,以最小燃油消耗和电能消耗作为目标函数,对增程式电动客车能量管理策略进行优化,并对两种不同运行方式下的优化结果进行了对比。仿真结果表明,在中国哈尔滨城区道路工况条件下,单日出行里程为218.27 km时,利用凸优化的能量管理策略,相较于CD-CS运行方式,Blended运行方式的增程式电动客车系统能耗下降3.56%,电池平均电流减小了2.05%,最大充电电流减小了45.8%,最大放电电流减小了23.9%,增程器平均效率提高了0.98%,系统驱动能效提高了3.66%。

感应电机离散变频转矩脉动原因及改进方法103-111

摘要：针对感应电机离散变频软启动存在转矩脉动的问题,提出一种空间矢量离散变频软启动控制方法。首先依据空间电压矢量理论分析感应电机离散变频的电压波形,说明传统方法存在转矩脉动的原因;其次通过剔除产生负电磁转矩的电压矢量,给出空间矢量离散变频软启动控制方法;最后分析在定子电流断续期间转子电流的变化规律及其对磁链衰减的影响。研究结果表明,(1)定子电压矢量的重复触发是造成转矩脉动大的主要原因,(2)空间矢量离散变频软启动控制可消除感应电机的转矩脉动,(3)在定子电流大小相等时,感应电机电磁转矩提升20%,(4)在定子电流断续期间转子电流的衰减量为5%,对转子磁链衰减的影响可以忽略。实验结果验证了该方法的有效性。

燃料电池新能源船舶高升压Z源电力推进系统112-120

摘要：为了解决船舶排放对环境的污染问题和改善推进电机的控制性能,针对燃料电池动态响应上的不足,提出了以燃料电池为主电源超级电容作为辅助电源的新能源船舶,其推进逆变器采用具有高升压比的Z源逆变器,很小的占空比就可以得到很高的升压能力,同时还减少电容和逆变桥的电压应力。详细研究了新能源船舶的运行模式和工作原理,在此基础上推到了系统小信号数学模型,设计了控制器,通过控制直通占空比和调制因子来控制燃料电池和超级电容的输出功率。在船舶运行时,采用直接转矩方法控制推进电机的速度,燃料电池提供平均功率,超级电容提供瞬态功率且吸收制动功率。最后进行了仿真和试验,从而验证了船舶在电动和再生制动工况运行时控制策略的正确性。