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电机与控制学报 2019年第06期杂志 文档列表

恒流环境下锂离子电池热参数估计1-9

摘要：基于简化Bernardi模型的锂离子电池热模型包含内阻R、开路电压Uocv、热容mCH及换热系数k等参数。其中,R与Uocv是电池荷电状态(state of charge,SOC)、电流I和电池温度Tbat的非线性函数,mCH与k是常数。由于上述参数所表征电池特性不同,迄今的估计方法往往需要进行多组不同实验以分别激励对应特性,耗时耗力。该文的热模型参数估计方法仅由一组恒电流实验和相应数据处理流程组成。一组多环境温度下的恒电流实验用于在短实验时间内得到足够数据;基于电池机理的实验数据处理流程则解决了参数的非线性特性以及受到的SOC与Tbat耦合变化的影响。与现有方法相比,该方法具有短时间内同时且准确估计出R(SOC,I,Tbat)、Uocv(SOC,Tbat)和常数mCH与k等优点,易于工程实现。实验验证了方法的上述特点。

基于定子双检测线圈的核电半速汽轮发电机励磁绕组短路故障诊断10-17

摘要：针对大型汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障发生后,未及时发现引起故障扩大,汽轮发电机的计划外停机将造成较大经济损失的问题,分析了汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障的磁场特征,结合两对极汽轮发电机定子铁心的结构特点,提出在相距1个极距的2个定子铁心齿顶部各安装一个检测线圈,提取线圈感应电压的频域和时域特征,通过故障在检测线圈内产生的感应电压分数次谐波来诊断励磁绕组匝间短路故障。通过一台1 150 MW核电半速汽轮发电机完成了仿真验证,证明了定子双检测线圈法能够实现故障的在线诊断且不受发电机运行状态的影响,并且能够实现故障的准确定位。

基于输出阻抗建模的并网系统低次谐波预测模型18-26

摘要：针对并网系统谐波预测问题,提出引入逆变器实际输出谐波电流建立谐波阻抗模型的方案。首先分析并网系统谐波谐振原理,对单相LCL型并网逆变器进行阻抗建模。为提高阻抗模型准确性,在分析逆变器低频特性的基础上,将单个逆变器并网谐波电流考虑到阻抗模型中,建立谐波阻抗模型,与电路模型仿真对比结果验证了模型的有效性。利用提出的谐波阻抗模型,对多逆变器并网系统进行谐波交互分析及谐波预测建模,以8个并网逆变器为例,分析谐振对并网谐波电流和公共接入点(PCC)处谐波电压的影响,谐波预测模型和电路模型对比仿真结果验证了该多逆变器谐波预测模型的有效性和准确性。

基于振动信号的高压断路器触头超程状态识别27-34

摘要：提出了一种利用振动信号识别高压断路器触头超程状态的新方法。高压断路器分/合闸动作过程中产生的振动信号包含有触头超程状态信息,合适的信号处理方法及特征提取技术可以将该信息提取出来。试验获取高压断路器不同触头超程下的振动信号,采用经验模态分解(EMD)对振动信号进行分解,计算分解得到的本征模态函数(IMF)Hilbert边际谱能量,作为触头超程状态特征量,并详细分析该特征量与触头超程之间的变化规律。结果表明,所提方法能够有效提取高压断路器的触头超程状态信息,能够实现触头超程状态的准确识别,为高压断路器触头超程状态在线监测与诊断提供一种新方法。

大型同步发电机调速控制的场-路-网耦合法非全相工况下定子电流特性研究35-43

摘要：为了更准确分析发电机非全相定子电流特性,建立了适用于发电机并网运行的基于调速控制的场-路-网耦合时步有限元模型,仿真计算了发电机并网额定运行时,接线方式为YNd11变压器高压侧断路器一相或两相断开2种非全相工况下的定子电流,揭示了不同非全相情况下定子各相电流之间关系,分析了转速控制对故障电流动态影响,并计算2种故障后定子稳态负序电流,整个仿真计算结果考虑了发电机故障运行时,发电机磁场饱和、畸变等非线性因素的影响,同时为了模拟真实的发电机的并网运行情况,整个场路耦合模型中包含了转速控制系统,并且通过变压器、双回架空输电线路将发电机与无穷大电网连接起来,这样更能贴近工程实际,最后,将结果与解析法得到的结果进行对比,验证了方法的正确性。

车用永磁同步电机拓扑结构优化与实验研究44-53

摘要：为了满足电动汽车对永磁驱动电机要求功率密度高、调速范围广的性能需求,以一台商务车用60 kW永磁同步电机的电磁结构优化为例,首先通过电磁设计理论研究分析了影响永磁调速电机过载能力、调速范围的因素,并利用有限元电磁场计算软件建立电机的有限元模型,计算并分析不同磁路结构中电机的d、q轴电感、凸极率、弱磁率等因素对其性能的影响,进而对电机的定、转子冲片的拓扑结构进行优化。最后,制造了实验样机,并搭建了电机控制系统的实验平台,试验测试了样机在不同工况下的性能,并与仿真结果进行了对比,验证了有限元设计的准确性和可行性,为电动汽车用电机的结构参数优化提供了参考方向。

直流双蛙绕组电机的换向齿槽能量模型及其试验验证研究54-62

摘要：针对某些特殊场合的直流双蛙绕组电机,在满负荷工作时出现换向恶化,并造成电机降负荷使用,严重影响电机的使用效率等问题,从该型双蛙绕组电机的结构出发,提出一种换向齿槽能量模型,该模型规避了传统电机换向分析中的计算繁琐、模型不够准确、物理概念错综复杂等常见问题,为换向问题的研究提供了一种新思路;同时开展双蛙绕组电机的换向研究,简化了电机换向过程的分析步骤,从能量角度揭示了换向过程的物理意义。该模型的提出为有针对性的开展此类电机的换向治理工作奠定了理论基础,也成为后续开展该型电机无火花换向区试验的必要前提。

直线振荡电机谐振频率跟踪控制技术研究63-72

摘要：针对直线压缩机控制复杂,传统压缩机运行效率低的问题,提出一种基于二阶广义积分控制的谐振频率跟踪的直线电机控制方式(SOGI-RFTC)。该控制方法控制行程稳定,检测位移信号x和电流信号i,利用谐振下位移x和电流i相序成90°的特点,经过锁频和坐标变换,将交流信号转化为直流信号控制,经过PI控制器实现信号的无静差跟踪控制。二阶广义积分控制器在锁相前可以滤出输入信号的采样噪声和高频干扰,提高控制器的稳定性。仿真和实验结果表明,所提出的谐振频率跟踪控制可以快速跟踪电机固有机械频率,提高系统效率,验证了理论的合理性和有效性。

智能接触器准临界电流搜索自起动控制73-80

摘要：提出一种智能接触器准临界电流自起动控制策略。通过分析电流强迫下跌现象,推导维持电流闭环的约束条件,建立了反映触头运动状态的通用反馈信号,将下降拐点处的线圈电流定义为准临界起动电流;采用模糊观测,为不同容量的接触器首次起动提供电流初值;设计双极性数字电流闭环,基于高动态响应的电流在线搜索,不断逼近当前工况下的起动临界电流,实现吸反力良好配合的自起动过程控制。所提控制策略能够自适应获取准临界起动电流,抑制触头弹跳,对本体参数变化、电压波动不敏感,兼具卡涩故障警报、线圈过流保护等优点;相关仿真及实验验证了控制策略的有效性。

三相八开关容错逆变器的PMSM驱动系统FCS-MPC策略81-92

摘要：针对PNC型三电平逆变器单桥臂故障和母线电压分压不均衡等问题,研究了驱动系统在故障状态下的运行模式,提出了一种基于电流反馈特性的三相八开关容错逆变器(TPESFTI)的驱动控制策略,并构建其拓扑结构和输出电压模型;结合模型预测控制理论和扩张状态观测器(ESO)技术,提出了一种TPESFTI的PMSM驱动系统有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略。考虑系统参数变化对反电动势的影响,利用ESO方法,实现了对反电动势进行实时性估计;同时采用FCS-MPC中目标函数的非线性约束项来降低逆变器的开关频率。仿真结果表明,该控制策略能够确保TPESFTI的PMSM驱动系统稳定可靠运行,并且能有效地抑制母线电容分压不均对系统的影响以及降低开关损耗,同时具有良好的动态性能、较强的抗负载能力和鲁棒性。

碳纤维固定的高速分块SPMSM转子强度分析93-103

摘要：针对碳纤维固定的高速分块表贴式永磁同步电机(SPMSM)的转子强度缺乏解析解的问题,基于平面应力模型,采用极坐标下的位移法和应力函数法,推导了考虑永磁体和极间填充块密度及热膨胀系数差异影响的转子强度解析解,并通过有限元法对解析解的准确性进行了验证。在转子强度解析解的基础上,进一步研究了转速、碳纤维护套厚度及碳纤维护套与永磁体间的过盈量等参数对转子强度的影响。结果表明:解析解和有限元法的计算结果相吻合,解析解能够计算考虑永磁体和填充块密度及热膨胀系数差异影响的碳纤维固定高速分块表贴式永磁同步电机的转子应力分布。

GMM-FBG光纤电流传感器结构优化及温补模型104-111

摘要：为解决FBG中心波长和GMM磁致伸缩系数温度敏感而影响GMM-FBG光纤电流传感器交流响应灵敏度和准确度的问题,提出在GMM-FBG传感模型中引入温度参数校准电流输出值的方法。依据法拉第电磁理论,采用有限元分析方法设计提高GMM磁耦率和均化磁场分布的磁路结构。构建波长解调系统实验平台,测试温度在20~70 ℃范围传感器不同电流对应的波长响应幅值,实验研究表明:GMM-FBG电流传感器灵敏度随温度升高而下降,且与被测电流值大小正相关。在分析传感器温度响应特性基础上,利用数学拟合方法建立了具有温度补偿系数的GMM-FBG电流传感数学模型,且将该模型用于40 ℃时60 A电流检测实验,电流检测准确度提高了4.8%。

多个时滞混沌系统自适应有限时间同步控制112-118

摘要：针对多个时滞混沌系统,研究了其有限时间同步控制问题,所考虑的混沌系统具有不同的结构和时变状态时滞,通过设计适当的自适应更新律,用以在线更新控制器的增益,从而达到更快地收敛速度,并给出了自适应控制器设计方法。利用Lyapunov稳定性定理和有限时间稳定性理论,证明了所设计的自适应控制器和相应的控制增益自适应更新律,均能保证多个误差动态系统的状态在有限时间内达到同步,并给出了同步过渡时间的估计。最后,通过对3个典型的混沌系统,即Lorenz系统、Chen系统和Lü系统的算例仿真,进一步验证了所提自适应有限时间同步控制方法的可行性和有效性。

康复步行训练机器人位置和速度跟踪误差同时约束的安全预测控制119-128

摘要：康复步行训练机器人通过跟踪医生指定的运动轨迹,帮助患者步行训练,针对运动过程中位置和速度跟踪误差过大,影响康复者的安全问题,提出一种预测控制方法,目的是使康复步行训练机器人从任意位置出发同时实现轨迹和速度跟踪,并将跟踪误差约束在指定范围内,提高系统的安全性。通过离散化康复步行训练机器人的动力学模型,建立了具有控制增量形式的预测模型。在预测时域内,设计轨迹跟踪误差性能优化指标,并构建运动位置和速度跟踪误差约束条件,通过设计辅助运动轨迹并求解控制增量形式的二次规划问题,获得了时域内满足误差约束条件的预测控制。通过仿真和实验研究,结果表明了所提控制方法同时约束位置和速度跟踪误差的有效性和优越性。