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电机与控制学报 2019年第04期杂志 文档列表

永磁同步电机有限控集模型预测电流控制预测误差分析1-7

摘要：在采用有限控集模型预测电流控制策略的永磁同步电机驱动系统中,预测模型使用的电机参数尤其是定子电感可能与实际值并不匹配,会造成模型预测控制算法存在预测上的误差,进而影响系统稳态控制性能。针对该问题,首先定义了预测误差作为评价指标,然后推导出电流预测误差的数学模型,理论分析表明预测模型使用的d、q轴电感值正向偏差和负向偏差对于d、q轴电流预测误差会产生不一样的影响,且负向偏差影响更大。实验结果验证了上述关于电流预测误差的理论分析,同时对相应的电流稳态跟踪误差进行了实验分析,显示出预测误差对于稳态跟踪性能的影响。得到的预测误差数学模型和分析结论能够为模型预测算法预测误差的降低和控制性能的提升提供理论指导。

独立微网中并网逆变器自抗扰控制辅助调频算法8-19

摘要：针对独立微网系统暂态频率稳定性较差的问题,提出了典型光-风-储交直流混合微网中并网逆变器采用自抗扰控制的暂态辅助调频控制方法。首先,分析了常规PD控制辅助调频算法的结构和原理。然后,从抑制系统功率扰动的角度分析了微网同步发电机调频原理,推导了自抗扰控制器的设计。最后,通过仿真模型和实验平台进行验证,对比分析了无辅助功率调频、常规PD控制辅助调频和自抗扰控制辅助调频的系统频率扰动,得出所设计的自抗扰控制器的调频能力明显提升,且具有一定抗参数扰动能力,在独立微网辅助调频控制中有较强应用价值。

薄层等离子体增强微波接收特性实验及数值仿真20-27

摘要：等离子体是一种多模式、宽频谱电磁介质,可以与不同波段电磁波相互作用,实现对电磁信号的调制。报告了薄层等离子体增强微波信号接收特性实验研究的初步结果,并进行了数值仿真分析。在实验中发现了薄层等离子体结构对微波电磁信号的接收增强效果;且这种技术不仅可以在较宽频带内提高天线接收到电磁辐射的强度,同时也保持了良好的微波信号质量。进一步建立了相应物理模型并对实验结果进行了数值仿真分析研究。基于局域表面等离子体激元理论,分析了微波接收信号增强的机理,并初步得到了微波频率、薄层厚度、碰撞频率等参数对微波接收增强特性的调制规律。

一种基于调节缓冲电容的IGBT热管理方法28-36

摘要：针对结温波动加快绝缘栅双极型晶体管(IGBT)老化失效的问题,提出一种基于调节缓冲电容改变IGBT关断轨迹的热管理方法。依据IGBT寿命模型,通过关断轨迹调节关断损耗大小以平滑结温波动的方法能提高IGBT使用寿命。与现有的热管理方法相比,该方法具有对主电路影响小、实现简单等优点。首先,阐述热管理电路的工作原理,分析缓冲电路对IGBT关断损耗的影响。然后,建立IGBT损耗计算模型,归纳关断轨迹热管理调节能力的评估方法,以1.2 MW直驱风机系统为例,关断轨迹热管理可以平滑20%额定功率的负载变化造成的结温波动。最后,对该热管理方法进行小功率的实验验证。

不平衡电网电压下双馈风力发电机高阶滑模控制方法37-48

摘要：旨在提出一种不平衡电网电压下双馈风力发电机高阶滑模控制方法。首先提出恒定风速以及变风速下电能质量改善策略,并提出六种功率补偿策略用于实现选择性控制目标。然后采用高阶滑模控制方法用于控制双馈风机输出有功/无功功率;同时,基于super-twisting用于物理实现。在控制器参数设计中,采用Lyapunov函数法用于筛选控制器参数。最后,通过实验验证所提方法的有效性,并与PI控制方法和一阶滑模控制方法进行对比。实验结果充分验证了所提方法在提高电能质量上的有效性以及优越性。

正压型防爆电机吹扫过程多组分瞬态浓度场分析49-55

摘要：以一台6.5 MW正压型防爆电机为例,首次将多组分流体理论应用于正压型防爆电机,采用了有限元法对电机的安全性能进行了仿真分析,分别完成了"模拟爆炸环境瞬态仿真计算"和"吹扫瞬态仿真计算",得到了吹扫过程中爆炸性气体及清洁空气各组成成分的浓度变化云图,通过各部位的浓度云图能够得知电机内部是否存在吹扫死角,增强了安全性能。仿真结果经过防爆试验验证,计算数据满足精度要求。进一步优化了进气管道的布置方案,通过合理的调整进气管道开孔的位置、数量及大小提高了吹扫效率,节约了试验成本,同时也可以使电机快速启动,更好的服务工况。

单相变换器简化多电平SVPWM算法56-66

摘要：针对单相五/七电平变换器空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法实现过程复杂的问题,提出一种简化的空间矢量脉宽调制算法。该简化算法通过将单相五/七电平SVPWM算法中的参考空间电压矢量分解成为偏移矢量和单相三电平SVPWM中的空间电压矢量,从而将单相五/七电平SVPWM算法简化为单相三电平SVPWM算法。相比于传统单相多电平SVPWM算法和现有对实现流程简化的单相多电平SVPWM算法,所提出的简化算法分析简便,计算复杂度降低,占用的控制器资源较少,并且可以较为容易地实现电容电压平衡。基于现场可编程阵列(FPGA)设计了单相级联H桥(CHB)和二极管箝位(NPC)五/七电平逆变器传统和简化SVPWM算法,验证了所提简化算法的正确性和有效性。

一种新型超特大容量高压电动机软起动方法67-74

摘要：超特大容量高压电动机直接起动产生的大电流对电网以及电机本身都会造成巨大的冲击。得出了不同容量、不同电压等级的电机在直接起动过程中功率因数以及电磁转矩的变化规律。针对自耦降压起动存在二次冲击、串磁控电抗器起动成本过大等问题,提出了一种新型超特大容量高压电动机自耦磁控软起动的方法,分析了其基本工作原理。推算出软起动成本计算公式,并代入具体算例分析比较,得出了选择具有合适抽头比的自耦变压器,可以使得该软起动的成本大大降低的结论。最后仿真和实验的结果表明,在降低成本的前提下,该起动方法能够有效减小起动电流,消除二次冲击,响应速度快。

双斜槽感应电机气隙偏心时的径向电磁力分析75-82

摘要：为了分析双斜槽感应电机偏心情况下的电磁激振力,以一台笼型双斜槽感应电机为例,采用解析法分析了动偏心和静偏情况下的气隙磁密成分,并得到了不同阶次谐波相互作用产生的平均径向电磁激振力的阶次与幅值表达式。针对双斜槽感应电机,提出了适用于双斜槽的多层分段有限元模型,并获得了径向气隙磁密与径向电磁激振力的时空分布。利用二维傅里叶分解法,获取了平均径向电磁力的时空频谱,并与直槽偏心时的径向电磁力相对比,发现双斜槽能够有效削弱由偏心导致的部分附加径向电磁力。

带位置误差校正的开关磁阻电机电流梯度法83-89

摘要：电流梯度法是一种通用性强,操作简单的无位置传感器技术。该方法对相电流进行低通滤波时导致相位后移,且转速越大,位置检测偏差越大,限制了适用的转速范围。对此采用零相移滤波方法,计算上一周波相电流因滤波产生的相移角,并对当前时刻输出的位置角进行补偿,提高位置检测精确度。分析了PWM控制方式下的相电流波形频谱,以确定合适的滤波截止频率。实验结果表明所提方法将转速对位置检测精确度的影响降低了86%,扩大了电流梯度法适用的转速范围。

一种单电感双向电池均衡电路90-97

摘要：针对传统集中式电池均衡电路体积大、不易扩展、均衡精确度低;而分布式均衡电路存在元件多、成本高的问题,提出了一种单电感双向电池均衡电路,该均衡电路采用Buck-Boost变换器与开关矩阵相结合的方式实现对整个电池组的均衡,通过对电感的时分复用实现对每一个电池独立均衡控制。均衡电路中电感电流工作于断续模式,消除了各电池之间的交叉影响。研究了该均衡电路的工作模式和控制策略,在此基础上研制了针对4个电池单体的均衡实验电路,均衡实验验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性,同时,无论电池组在充电、放电,还是静置状态,该均衡器均能保证均衡精确度在20 m V以内。

直流叠加高频交流方波电场下乳化液电脱水试验研究98-104

摘要：为了提高原油乳化液破乳效果和电脱水效率,提出采用直流叠加高频方波电场进行原油电脱水的方法。在实验室中开展了直流叠加高频方波电场下乳化液电脱水试验研究,分析该方法下乳化液中水滴的聚并机理,并借助于高速相机观察了乳化液中水滴的运动及水链的消散过程。理论与试验结果表明:采用直流叠加高频方波电场可充分发挥直流和方波电场下的各自脱水优点,使水链易于消散,保证脱水电场的稳定,提高乳化液的电脱水速度和脱水率,且叠加高频交流方波含量在10%~20%范围内,脱水效果最佳,研究结果可为原油生产现场的脱水工艺改进提供参考。

基于复合PI控制器的永磁伺服电机电流控制105-110

摘要：在永磁电机伺服系统中,电流环PI控制器通常基于零极点对消的方式设计得到,这会限制系统动态性能的提升。针对这一问题,首先通过传递函数分析说明传统电流环PI控制器存在的问题,然后基于状态方程设计电流环复合PI控制器。通过传递函数进行对比,从理论上说明电流复合PI控制器比传统电流PI控制器具有更好的抗扰性能,并给出相应的约束条件。最后,通过实验对比电流阶跃响应和跟踪正弦给定响应。实验结果表明,采用复合PI控制器的电流控制系统对正弦给定的跟踪误差更小,电流阶跃响应也更快,即电流复合PI控制系统具有更好的跟踪性能和抗扰性能,证明了所提方法的有效性。

基于阻抗的电动汽车并网逆变器的稳定性分析111-119

摘要：针对电动汽车向电网馈送能量(V2G)时,车载并网逆变器与电网之间的交互作用引起的并网逆变器不稳定和电能质量问题,首先采用基于阻抗的稳定分析方法研究电动汽车并网逆变器与配电网之间的交互作用;其次根据阻抗比奈奎斯特判据分析配电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响,采用谐波线性化方法建立考虑锁相环的单相LCL型并网逆变器小信号阻抗模型,并提出一种基于电压前馈的并网逆变器自适应相位补偿控制策略,以便确保其具有足够的稳定裕度。最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性。

基于矢量控制的异步电机自抗扰控制120-125

摘要：针对异步电机矢量控制系统在负载变化和电机参数变化时转速易受较大影响的问题,研究了采用自抗扰控制器(ADRC)对负载扰动和电机参数变化进行估计和补偿的方法。根据自抗扰控制器的数学特征和异步电机的数学模型,采用扩张状态观测器(ESO)对电机模型的参数摄动和变量耦合项进行观测并补偿,确定了矢量控制系统中自抗扰转速环控制器、自抗扰磁链环控制器、自抗扰d轴电流环控制器和自抗扰q轴电流环控制器的形式。仿真和实验结果表明,与传统的比例积分控制器(PI)相比,ADRC控制器对系统负载扰动和电机参数变化具有较好的鲁棒性和动态性能。

永磁同步电机的改进对角递归神经网络PI控制策略126-132

摘要：针对采用传统PI控制器的永磁同步电机交流伺服系统无法兼顾良好的速度响应性能和抗干扰能力的问题,提出一种将对角递归神经网络(DRNN)与PI控制相结合的控制算法,并引入学习率动态调整的思想对算法进行改进,解决固定学习率DRNN算法无法兼顾系统稳定性和较快学习速率的问题。建立永磁同步电机的仿真实验模型,并对传统PI控制器、固定学习率以及学习率可动态调整的DRNN-PI控制器的实验效果进行综合对比与分析,验证了采用改进后控制器的永磁同步电机交流伺服系统能够实现速度曲线无超调且不受负载转矩突变影响的良好控制效果。