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电机与控制学报 2019年第08期杂志 文档列表

应用于无人机的无线充电技术研究1-9

摘要：针对无人机有线充电不便利、需要人工干预的问题,采用磁耦合谐振式无线充电技术,设计一种无人机无线充电系统。提出一种适用于无人机无线充电耦合装置,其发射装置具有双极性磁场特性,接收装置采用在小型铁氧体条上绕制线圈的方式,接收装置装设在起落架底端。利用有限元分析方法分析耦合装置磁场分布,发现磁场被约束在接收装置附近,避免无线充电系统对无人机产生漏磁干扰。根据系统恒压输出要求选择原边LCL—副边串联补偿拓扑,建立系统电路数学模型,获得输入输出电压关系,以指导系统参数设计。搭建样机系统,结果表明:系统实测与电路模型计算理论值一致;所设计系统可以在错位30mm的范围内对80W无人机正常充电。

两型PFN模块的放电特性及优化10-18

摘要：为了更好地设计电容储能型脉冲功率电源的电路拓扑,采用理论分析与仿真计算相结合的方法,从放电阶段划分、放电过程中脉冲电容器、续流二极管和晶闸管等关键器件的电压、电流及能量损耗,以及放电效率等方面对两型PFN模块不同特性及各自的优缺点进行了全面的对比分析,仿真结果表明I型PFN在器件损耗、放电效率等方面比II型PFN更有优势。针对电容器反向电压尤其是I型PFN反向电压不能通过模块自身释放的问题,设计了多模块脉冲功率电源的反向电压释放通道,其对II型PFN影响较小,但可将I型PFN模块放电过程中产生的反向电压回收利用并形成正向的电压,这对具有连发功能需求的脉冲功率电源具有重要意义。

准Z源级联多电平逆变器单元间功率平衡控制19-27

摘要：针对准Z源级联H桥多电平逆变器单元间功率不平衡带来的系统稳定性差、电能质量低等不足,提出了一种单元间输入功率不平衡工况下系统稳定控制策略。建立了准Z源级联逆变单元数学模型以及系统功率模型,阐述了不平衡功率输入时单元间相互作用机理,通过构造虚拟平均功率单元及其调制信号因子,计算出各单元输出功率与虚拟单元平均功率的偏差,调整各自调制信号因子,采用融合Z源逆变单元升压直通占空比的载波移相脉冲宽度调制技术,实现了逆变器单元间有功功率均衡控制和直流母线电压稳定,仿真实验和样机测试结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

组合式同相供电系统补偿算法与控制策略优化28-34

摘要：针对电气化铁路大容量负荷补偿需要和补偿装置容量优化问题,提出一种基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的单三相组合式同相牵引供电系统。分析了系统的主电路结构和工作原理。以电能质量国标限值为约束,建立了系统电能质量综合补偿模型,并与预测电流控制相结合,构建了同相补偿装置分层控制策略。与传统同相供电系统比较,该系统可以适应高压、大容量需求,取消牵引匹配变压器,同时实现降低补偿装置容量和提升系统动态响应的目的。通过模拟分析了实际牵引负荷的多种运行工况,来验证上述同相牵引供电方案的可行性和优化控制策略的正确性。

一种半波长输电线路的分布式行波测距方法35-42

摘要：针对传统行波测距在半波长线路上应用时误差大和死区问题,建立了半波长输电线路依频特性仿真模型,分析了行波首波头色散畸变特性以及对双端行波测距的影响,提出了适应半波长输电线路的分布式行波测距方案。该方案依据行波幅值衰减规律布置行波测点,采用S变换提取的行波首波头高频分量累加幅值构建故障区段定位判据,利用临近测点行波高频分量幅值信息以应对测点数据丢失的情况,并利用小波Teager能量算子提取双端行波到达时刻以实现精确测距。仿真计算表明:所提方案不受故障状况、噪声、负载变动、断路器和快速接地开关动作的影响,定位精度高、可靠性好。

直驱式永磁同步风力发电机轴电流问题分析43-49

摘要：直驱式永磁同步发电机是目前风力发电系统中广泛采用的形式之一。由于它需通过变流器向电网供电,变流器产生的高频共模电压经过电机的杂散电容耦合会引起轴电压,继而产生轴电流,会导致轴承产生早期失效,因此有必要对轴电流进行准确的预测并开展轴电流抑制方法研究。本文针对一台2.1MW直驱永磁同步发电机基于电磁场数值计算获取了电机内杂散电容参数,并提出了等效三导体模型来简化等效电路。对轴承分压比进行了灵敏度分析,并据此讨论了轴电流的抑制措施。最后搭建变流器-发电机系统轴电流仿真模型,分析了屏蔽法和电刷接地法两种轴电流抑制措施的效果。结果表明,这两种方法可以有效抑制轴电流,但不能用于抑制共模电流。

基于电流残差的有源电力滤波器故障诊断技术研究50-56

摘要：针对有源电力滤波器(active power filter,APF)的IGBT开路故障诊断问题,提出一种基于归一化电流残差的故障诊断方法。分析指令电流与输出电流在正常运行状态下与IGBT开路故障状态下的不同特征,提取指令电流和输出电流的归一化残差值作为故障诊断的依据,利用归一化残差的幅值和极性来判断故障的发生以及故障IGBT的位置。同时,给出了一套故障诊断算法的综合评价方法,并从6个维度对算法进行评估。分别建立了APF在IGBT开路故障下的离线与实时仿真模型,实验结果表明所提基于电流残差的故障诊断方案具有诊断时间短、可靠性高、鲁棒性强、准确度高等优点。

磁链无差拍控制的开关磁阻电机转矩脉动抑制57-66

摘要：针对开关磁阻电机(SRM)的直接转矩控制(DTC)中滞环容差导致的转矩脉动大、开关频率不恒定的问题,提出了磁链无差拍控制(DB-FC)。通过分析SRM的基本原理,对DB-FC算法的电压控制率进行理论推导,解析获得一个控制周期内能补偿转矩和磁链所需要的电压矢量,使磁链能被定量调节。通过空间电压矢量调制技术合成所需新电压矢量作用于SRM,进而实现在一个采样周期内无差跟踪给定磁链,避免了DTC策略的容差超调现象。以三相12/8极SRM为控制对象,将DB-FC与DTC算法进行仿真分析和实验对比。结果表明,DB-FC实现了转矩脉动的最小化,调速性能与动态响应能力良好,且计算量小、易于实现。

稀疏高斯过程在短期风电功率概率预测中的应用67-77

摘要：针对短期风电功率预测,提出一类基于稀疏高斯过程(sparse gaussian processes,Sparse-GP)的概率预测方法。通过对数据集随机划分所形成的数据子集,给出基于数据点子集(subset of datapoints,SoD)近似、回归子集(subset of regressors,SoR)近似、投影过程(projected process,PP)近似算法的3种Sparse-GP方法,该方法不仅能给出模型的均值预测,而且能获取模型的预测方差,这很好地解释了模型置信水平。不同的Sparse-GP方法在保持常规GP方法优点的同时,还能解决GP方法随着训练数据增加而产生的矩阵运算困难等难题,且计算效率高。将具有不同协方差函数形式的Sparse-GP方法应用于不同地区的短期风电功率单步与多步预测实例中,在同等条件下还与常规GP、SVM方法进行对比。实验结果表明,Sparse-GP方法可以给出较好的预测效果,且适用于较大规模数据集的训练。

一种小电容交-直-交变频器控制策略78-86

摘要：针对传统电压型交-直-交变频器直流母线大容量电解电容带来的缺点,提出一种直流母线并联小容量开关电容的交-直-交变频器及控制策略。首先分析了这种变频器的电路结构和电容参数计算方法,该方法以小电容充放电的电压波形接近直流母线六脉波电压波形为计算依据。然后研究了直流母线为六脉波电压时变频器输出电压大小,并提出一种电压变换效率最大的控制方法。最后分析六脉波电压对变频器输出电压谐波的影响,推导了小电容变频器理想数学模型。研究结果表明,小电容变频器电解电容的容量仅为传统变频器的三分之一,但电压变化效率、输出电压谐波含量与传统变频器基本相同。实验结果验证了上述结论。

基于MEMS的永磁球形电机转子位置检测方法研究87-95

摘要：为了实现对永磁球形电机运动的精准控制,需要准确快速地获取球形电机的转子位置信息,提出一种基于微机电系统(MEMS)姿态传感器的球形电机转子位置检测方法,该方法通过融合MEMS内部的陀螺仪和三轴加速度计输出的数据,根据一阶Runge-Kutta法则结合角速度数据不断更新四元数,可计算出球形电机的转子位置信息。同时提出了轴向角安装误差的补偿方法,以减小周期性的转子位置测量误差。最后搭建了基于MEMS的永磁球形电机转子位置检测实验平台,并就永磁球形电机的中点自旋运动、偏转运动和俯仰运动进行了实验研究,实验结果验证了所提出的球形电机转子位置检测方法的有效性。

混合定子铁心再制造电机空载磁密规律96-104

摘要：将原电机中的定子硅钢片与非晶合金片混合叠压形成混合定子铁心。在定子混合材料磁导率分析的基础上对再制造电机空载磁密的Z向规律和XY面规律进行仿真研究。结果表明:定子非晶段和硅钢段Z向上对应点的磁密波形趋势相同,非晶段磁密幅值小于硅钢段磁密幅值;齿顶和齿根磁密幅值较大处,非晶合金和硅钢交界处磁密波形会产生异变;非晶段和硅钢段的齿中、轭部的磁密波形相同。再制造电机混合定子磁密规律的研究对计算电机损耗、指导混合定子电机设计等具有重要意义。

航天器姿态大角度机动的分散保性能控制105-111

摘要：针对航天器大角度姿态机动控制问题,考虑存在外部干扰及模型参数不确定的影响,提出一种分散保性能控制策略。首先,对航天器姿态系统进行建模,并对模型的性质进行描述;其次,利用反馈线性化方法将航天器非线性模型变换成3个独立方程进行分散控制器的综合;最后,设计分散保性能鲁棒控制器,补偿航天器模型中参数不确定性,对外部干扰进行抑制。设计控制器时引入保性能控制律可以使系统在抑制外部干扰及补偿参数不确定性的同时,满足系统性能指标的要求,并给出了所研究闭环系统稳定性的严格证明,仿真结果表明所设计的控制器可行、有效。

发电电动机转子T尾部动载荷作用下的疲劳寿命评估112-121

摘要：针对抽水蓄能发电电动机运行情况复杂,利用常规的基于静力学计算的疲劳强度校核法和单工况疲劳破坏次数评估法,极易低估疲劳损伤对机组运行年限的累积影响。提出一种动载荷作用下的发电电动机转子T尾部疲劳寿命评估方法。采用结构动力学求得的时变离心应力,与电磁场、温度场计算的电磁应力、热应力叠加得到各工况的动应力载荷谱的方法,结合疲劳实验所得S-N(stress-life)曲线,确定疲劳破坏点及循环次数。根据G-M(grover-manson)疲劳累积损伤准则,结合已投运年限内的运行数据来预测运行年限。最后,以一台广州蓄能电站已投运机组为例,发现破坏危险点位于转子磁极T尾部,并确定机组的运行年限,验证了该评估方法的正确性。

基于FPGA的视频监控摔倒检测报警系统122-128

摘要：当空巢老人独自居住发生摔倒事件时,如果长时间没有得到救助的话,伤害比较严重。为了快速获得老人摔倒信息,使其得到及时救助,设计和实现了结合家居照明灯并基于现场可编程门阵列(FPGA)的视频监控摔倒检测报警系统。通过帧间差分法提取出运动目标,结合人体高宽比和有效面积比2个条件进行摔倒判定,最后用人体中心变化对判定结果进行修正。当摔倒发生时触发声光报警定位老人摔倒的房间,并结合通用分组无线业务(GPRS)通信网络通知老人亲属及社区服务站,及时展开救助。经试验表明,系统帧处理速度为24.86fps,平均报警响应时间为0.51s,满足实时性要求;摔倒检测准确率达到96%,误报率低。