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电气化行业的最新科研集锦(十九)

2023-08-16


01.高转矩性能多相组永磁电机及其关键技术综述

多相组永磁电机具有转矩密度高、转矩脉动小、容错能力强的优点,在航空航天、舰船推进等高转矩性能应用场合得到广泛的关注。首先,该文探讨多相组永磁电机的绕组拓扑特点,分析其转矩性能提升机理,归纳转矩性能最优的相移角设计规律。其次,总结了近年来国内外学者在多相组永磁电机领域已开展的工作,重点围绕槽极配比、拓扑结构、相组间联结方式等关键技术进行介绍。然后,基于电流谐波注入和永磁体谐波注削技术,进一步阐述了提高多相组永磁电机转矩性能的方法。针对多相组永磁电机高可靠设计技术,从短路电流抑制、相间独立性提高、绕组余度提升的层面进行了整理和归纳。最后,对高转矩性能多相组永磁电机进行总结与展望。

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02.基于超局部化时间序列的永磁同步电机无模型预测电流滑模控制策略

在复杂环境、多变负载工况中,由于时变电感参数、磁场耦合、铁心饱和等影响,电机控制精度及可靠性下降。为解决如上问题,本文充分利用时间序列模型反映电机电压、电流等状态变量之间关系,消除传统参数化建模的影响,提出基于超局部化时间序列的无模型预测电流滑模控制(SMC)方法。该方法将时间序列数据驱动模型超局部化,提升传统超局部模型精度,并采用递归最小二乘(RLS)算法在线估计和更新模型中全部待定系数,实时精准响应当前系统工作状态。在此基础上,结合超局部时间序列模型,生成滑模控制函数,并设计Lyapunov方法验证函数趋近条件。实验结果表明,与传统控制方法相比,提出方法具有更强的鲁棒性、更优的电流质量和较低的系统噪声。

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03.基于虚拟电阻有源阻尼的LC滤波型永磁同步电机系统预测电流控制

LC滤波型永磁同步电机驱动系统(LC-PMSM)因具有固有谐振峰而易引起电流环谐振失稳问题。且LC滤波器增大了系统阶数,导致常规线性控制方法结构和参数整定复杂。为解决上述问题,本文提出了一种基于虚拟电阻有源阻尼的无差拍预测电流控制策略。考虑到逆变器侧电感电流可由控制器直接控制,首先设计了一种结构简单的电感电流无差拍预测控制器,其能够实现对定子电流的间接矢量控制。其次,为了抑制系统固有谐振,进一步提出了一种基于滤波电容并联虚拟电阻的有源阻尼控制策略。最后,给出了系统的闭环稳定性分析及参数设计准则,并通过实验验证了所提控制方法的有效性。

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04.基于反推控制的永磁同步电机稳定性单矢量控制策略

针对永磁同步电机传统单矢量控制需遍历所有基本矢量且忽略控制稳定性的问题,本文提出基于反推控制的永磁同步电机稳定性单矢量控制策略。首先,在建立dq0坐标系下永磁同步电机数学模型的基础上,推导设计常规反推控制器;其次,根据反推控制器获取的控制电压确定最优电压矢量所在扇区,并通过数学推导证明每个扇区内必有一个稳定的基本电压矢量可供选择,提出通过基本电压矢量对应Lyapunov函数导数值两两比较的最优基本电压矢量选取方法;接着,对选取包括最优基本电压矢量在内的不同基本电压矢量时的控制性能进行了对比分析;最后,对提出的控制策略进行了仿真和实验验证,结果表明,在驱动恒转矩、恒惯量负载和变转矩、变惯量涡簧负载的多个场景下,本文提出的控制策略均能有效追踪参考转速,并且与传统模型预测电流控制相比,本文控制策略的稳定性更强,输出量波动更小。

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05.基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制

常规的永磁同步电机全速域无位置传感器控制通过复合两种位置观测器实现全速域的转子位置估计,然而,在电机频繁宽频域调速工况,两种位置观测器频繁地切换,易导致估计的位置和转速振荡,并且两种位置估计方法需要单独的设计和调谐,增加了系统整定难度和算法复杂度。为此,该文提出了一种基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制方法。首先,通过共振扩张状态观测器估计基频反电动势和高频反电动势。然后,建立了统一全速域模型,通过统一全速域模型实现全速域的转子位置和转速估计。在零速和低速时,通过向d轴注入高频电压,增加统一全速域模型中转子位置信息的信噪比,从而可以准确估计零速和低速区的转子位置,消除了传统高频注入法中由滤波器和延迟引起的估计误差。当电机在中高速区运行时,统一全速域模型自动蜕变为基频模型法,不需要两种位置观测器切换控制。最后,在2.0 kW内置式永磁同步电机实验平台上验证了算法的有效性。

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06.非晶合金-取向硅钢组合铁心结构设计及其磁-振动特性分析

非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常用的两种软磁材料,各有优劣。采用非晶合金-取向硅钢组合铁心结构可以综合两者的优势。本文以非晶合金和取向硅钢铁心并排的组合结构为基础,选取组合铁心的取向硅钢占比和尺寸参数为自由变量,提出一种基于自由参数扫描法的组合铁心结构设计方法。首先根据非晶合金-取向硅钢组合铁心结构特点,建立组合铁心的等效双非线性磁路模型;其次,采用磁路法迭代求解组合铁心的磁通密度分布,并制定组合铁心的结构设计流程;最后,根据结构设计结果制作了组合铁心的实验模型,采用实验和有限元仿真结合的方法分析了其磁-振动特性,验证了所提设计方法的准确性,并与传统纯非晶合金和纯取向硅钢铁心进行对比分析,阐述了组合铁心的优势。

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07.基于跨极式探测线圈的双三相永磁同步电机故障诊断方法

针对双三相永磁同步电机发生匝间短路故障、偏心故障、退磁故障影响系统稳定运行的问题,为了能够及时诊断电机故障,提高双三相永磁同步电机可靠性,提出一种在定子齿部放置跨极式探测线圈的方法,实现双三相永磁同步电机故障检测与辨识。分析了跨极式探测线圈的工作原理,研究了双三相永磁同步电机在匝间短路故障、偏心故障、退磁故障下,跨极式探测线圈端口电压谐波变化规律,利用奇数次谐波来判断匝间短路故障和静态偏心故障,利用分数次谐波来判断局部退磁故障和动态偏心故障,给出了利用跨极式探测线圈进行故障诊断的思路。采用联合仿真研究验证了基于探测线圈故障诊断方法的有效性,为双三相永磁同步电机故障诊断提供了一种有效手段。

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08.基于开环电压扫频的永磁同步电机电流环参数自校准方案

永磁同步电机的阻感模型参数及控制器时滞在电流环控制器参数整定过程中发挥了重要作用。为此,本文提出了一种基于开环电压扫频的电流环参数校准方案。通过在旋转坐标系下进行扫频信号注入,根据扫频对象的伯德图信息确定电机阻感参数的失配程度并确定电流环总延时。同时考虑到逆变器非线性及采样误差对计算的影响,将逆变器等效模型及最小二乘法应用于所提阻感参数校准及延时辨识中。开环电压扫频不仅避免了参数辨识中电流环控制器的初值选择问题,同时可通过扫频伯德图呈现实测的电流环传递函数模型,直观获得理想被控对象与实际模型的差别,为后续控制器设计提供基础。在一台750 W永磁同步电机上进行了相关实验,实验结果充分证明了所提方法的有效性。

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