电励磁双凸极发电机的Pspice建模方法

为了研究电励磁双凸极电机发电过程,采用电压脉冲模块和受控电压源结合单位电感的方法,基于Pspice仿真软件建立了电励磁双凸极发电机模型。同时,研究了一台12／8极的电励磁双凸极发电机模型,给出了动态特性的数字仿真和试验结果。通过仿真与实验结果的对比,验证了所建模型的正确性及方法的可行性,为飞机直流发电系统的设计、分析提供了基础。     

电励磁双凸极发电机的非线性模型

电励磁双凸极发电机是一种新型的交流无刷电机，结构简单，可靠性高，在汽车和飞机发电领域有着广阔应用前景。但其磁链和电感均为激磁电流、相电流、转子位置的非线性函数无法采用常规的方法建立精确的数学模型。该文采用二维电磁场有限元法对一台12/8极电励磁双凸极发电机进行了精确分析计算，得到了电机的静态特性；利用模糊神经网络的非线性逼近能力，尝试建立了双凸极电励磁发电机的模糊神经网络非线性模型，获得了很高的模型精度，并将仿真分析结果与实验结果进行了对比，验证了所建模型的精确性、有效性及方法的可行性，为飞机直流发电系统的设计、分析建立了基础。     

电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。     

电励磁双凸极发电机的双输出电压调节技术

提出了一种电励磁双凸极发电机高、低压直流双输出稳压技术：通过对励磁绕组电流进行PWM控制稳定28.5 V低压输出;高压直流输出经过高、低压绕组磁场间的耦合粗调后,经过双Boost变换器进行稳定升压至360 V直流。该文阐述了低压电压调节器与高压直流输出调节器--双Boost变换器的工作原理,分析了电流换相、负载和电机转速对高压输出调节的影响,确立了双Boost变换器开关频率的选取依据。研制的双输出发电系统验证了方案的可行性与理论分析的正确性。     

直驱式多转子极电励磁双凸极风力发电机

针对如何提高低速直驱双凸极发电机效率的问题,研究了一种多转子极电励磁双凸极发电机新结构,推导了该发电机定子极数与转子极数配合关系,给出了多转子极DSEM定子极宽与定子极距之比的取值,并在此基础上建立了有限元分析模型,在发电机转速、每相串联匝数、转子极数和主要尺寸相同的条件下对比分析了24/16、12/16和6/16极电励磁双凸极发电机的磁链、电动势、电感、定位力矩、效率和重量.分析结果表明本文所提多转子极DSEG发电机结构的合理性.     

环境温度对电励磁双凸极发电机输出特性的影响

电励磁双凸极发电机DSEG(doubly salient electro-magnetic generator)是一种高温运行能力强的新型无刷直流发电机,但对其温度特性尚缺乏研究.为给DSEG设计和应用提供理论依据,对环境温度改变时的DSEG发电性能进行研究.采用等效磁路法和有限元法,并结合不同温度下的铁心材料磁导率曲...     

新型电励磁双凸极风力发电机组建模与仿真

建立包含多种非线性风速、定桨失速型风轮机、机械传动装置、多极低速电励磁双凸极发电机以及电气控制模型在内的风力发电机组整体动态数学模型;应用MATLAB软件Simulink／SimPowerSystems环境,以数学模型为基础搭建了新型电励磁双凸极风力发电机组的数字仿真工具;以随机风和渐变风为例,利用数字仿真工具对一台2kW、24／16极电励磁双凸极发电机的工作特性进行了仿真研究。仿真与实验结果表明,建立的数字仿真模型能够较好地反映新型电励磁双凸极风力发电机组的实际工作特性,为大规模非并网风电系统基础研究提供了有力的工具。     

电励磁双凸极电机数字电压调节器的研究与实现

针对新型电励磁双凸极电机,设计出数字电压调节器。它以TMS320F240型DSP为核心CPU,充分利用DSP丰富的内部外设模块,简化了系统硬件结构。由于DSP的高速运算处理能力,数字调压器能胜任更先进的控制算法,且易于扩展保护功能。实验结果表明,设计的数字调压器已具有良好的调压性能。     

多相电励磁双凸极发电机的极数和极弧系数研究

电励磁双凸极发电机(wound-field doubly salient generator,WFDSG)的极数和极弧系数设计不当会导致电机产生较大的定位转矩和励磁绕组反电势。为了设计容错能力强、电压脉动率小的多相WFDSG,该文对多相WFDSG的极数和极弧系数进行了研究。在分析多相WFDSG原理的基础上,确定了多相WFDSG的设计要求;分析了定转子极数和极弧系数等结构参数对各绕组电感、电动势等性能参数的影响规律,推导了多相WFDSG普遍适用的定子极数、转子极数和定转子极弧系数等结构参数的约束公式,为设计多相双凸极电机提供理论基础。依据上述理论设计了一种12/9极四相WFDSG,利用有限元软件对传统WFDSG和该文设计的新型四相WFDSG样机进行了对比分析,试制了样机并进行了实验。仿真和实验结果验证了所提出的设计方法和电机结构的合理性。     

电励磁双凸极发电机转子极宽对输出特性的影响

转子极宽对基于磁阻工作原理的电励磁双凸极发电机输出特性有重要影响。从原理上讨论了电励磁双凸极电机磁链变化范围与输出电压的关系,阐述2类气隙对电机磁链变化范围的影响作用。提出第3气隙概念并给出其定义,推导了第3气隙大小与转子极宽的数学关系,并指出第3气隙的大小对相绕组磁链最小值的影响作用较大。利用2维有限元法分析计算得到不同转子极宽下电机静磁场分布、相绕组磁链以及空载相电势波形;通过瞬态场路耦合分析得到不同转子极宽下电机负载状态相电势波形、整流输出电压平均值和纹波大小。原理样机的实验结果验证了有限元计算和场路耦合分析的正确性。表明定转子极宽相等即第3气隙最大时电励磁双凸极电机输出功率大且输出电压波动小。     

双凸极起动/发电机的全数字起动控制

为了研究双凸极电机的起动过程,采用了电机转速PI调节与斩单管电流调节的双环控制方法,结合数字控制技术,研究了双凸极电机的全数字起动过程,给出了基于DSP控制的起动系统的硬件与软件设计。通过电机起动过程的转速响应曲线与相电流变化规律的试验结果,验证了双凸极电机的全数字起动控制具有起动时间短、转速响应快、电机性能稳定的优点,对于双凸极电机应用于航空起动／发电系统提供了理论与实践支持。     

五相容错双凸极无刷直流发电机研究

针对高可靠性应用场合,提出一种五相10/8结构容错电励磁双凸极发电机的构成方案.在分析了该电机结构特点的基础上,利用二维有限元电磁场分析软件对电机的静态特性和空载开路故障进行仿真.仿真结果表明:该电机电动势宽度为144°左右.励磁绕组自感基本不受转子位置影响,而电枢绕组的互感也远小于电枢绕组的自感.当一相或非相邻的两相发生开路故障时,对输出电压的直流分量影响很小,而当相邻的两相发生开路故障时,对输出电压影响不可以忽略.     

网络控制系统的滑模变结构预估控制器的设计

网络闭环控制系统中长时延存在的情况下 ,在状态预估的基础上 ,设计出的滑模控制器使闭环系统具有较好的性能。对直流电机的仿真结果证明了该方法的有效性     

Analysis of DC output voltage ripple in an electromagnetic doubly salient brushless DC generator

Considering the salient pole and high magnetic nonlinearity of the electromagnetic doubly salient (EMDS) DC generator, a 12/8 pole prototype EMDS generator is designed and calculated using a 2-D finite element method (FEM). The phenomenon is analyzed and that the phase voltage wave changes between 120° and 180°. The influence of the exciting current and armature reaction on the DC voltage ripple of the generator is discussed in detail, and the nonlinear rules are gained that DC voltage ripple changes accordingly. The theoretical analysis is verified by the simulation and experimental results. The results are helpful for the optimal design of the generator and the optimal control of exciting-winding. We conclude that the filter-capacitance of the rectifier can be designed. Translated from Journal of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2006, 38(1): 47–52 [译自: 南京航空航天大学学报]     

Adaptive nonsingular terminal sliding mode control of MEMS gyroscope based on backstepping design

An adaptive nonsingular terminal sliding mode (NTSM) tracking control scheme based on backstepping design is presented for micro‐electro‐mechanical systems (MEMS) vibratory gyroscopes in this paper. The NTSM controller is designed based on backstepping strategy to eliminate the singularity, while ensuring the control system to reach the sliding surface and converge to equilibrium point in a finite period of time from any initial state. In addition, the proposed approach develops an online identifier scheme, which can real‐time estimate the angular velocity and the damping and stiffness coefficients. All adaptive laws in the control system are derived in the same Lyapunov framework, which can guarantee the globally asymptotical stability of the closed‐loop system. Numerical simulations for a MEMS gyroscope are investigated to demonstrate the validity of the proposed control approaches. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于自适应非奇异快速终端滑模的风力发电机最大功率跟踪控制

针对风力发电机组在低风速区运行时的风能转换效率低、鲁棒性差等问题,提出一种基于自适应非奇异快速终端滑模的最大功率跟踪控制策略。通过设计非奇异快速终端滑模算法提高风轮转速随风速变化的响应速度,针对实际风力发电系统中未建模动态和外部噪声干扰问题,采用自适应算法来估计系统的不确定性,加强系统的鲁棒性。以5 MW的风电机组为研究对象,在MATLAB/Simulink平台对控制方案进行仿真。仿真结果表明,本文提出的控制策略精度高,鲁棒性强,能使风力发电机具有更快的转速响应速度和更高的风能转换效率。     

电磁悬浮系统的改进滑模控制方法

针对电磁悬浮系统存在的非线性、模型不准确性以及复杂运行工况对控制精度的影响,提出一种改进滑模变结构控制策略。通过对电磁悬浮系统进行建模分析设计,基于滑模变结构控制方法的位置外环控制器以及基于PI调节器的电流内环控制器,设计一种分段式变速趋近律,减小悬浮气隙跟踪误差和控制系统抖振,并引入速度状态量来降低控制系统在滑动模态初期过大的趋近速度。仿真和硬件实验结果表明,在采用改进滑模变结构控制策略后,系统的调节时间比传统滑模控制减少了60%,超调量减少了77%,具有更小的稳态误差和抖振,同等干扰情况下具有更强的抗扰动能力。本方法不仅能够有效提高电磁悬浮系统的控制性能,对于其他非线性控制系统也具有较好的参考价值。     

逆推自适应滑模励磁控制器设计

针对单机无穷大系统提出了一种解耦逆推自适应励磁滑模控制方法,以提高电力系统鲁棒稳定性.对于一类具有不确定性的半严格反馈形式的非线性系统,将构造李亚普诺夫(Lyapunov)函数的逆推设计方法和自适应机制以及滑模变结构控制有机结合,获得了一种保证该类系统全局渐近稳定的自适应滑模控制律以及自适应增益控制律.根据该设计结果,对含励磁控制的单机无穷大系统反馈线性化模型,得到了发电机的自适应滑模励磁控制器,仿真结果表明:该控制器能有效地稳定不确定电力系统,维持机端电压,具有比自适应逆推励磁控制器更好的性能.     

双凸极起动/发电机系统建模与瞬态特性分析

现有的电磁式双凸极电机的建模与特性分析分别单独从起动状态和发电状态两个方面进行,而独立的起动机和发电机模型难以完整、准确的反映起动/发电整个过程,尤其是起动/发电切换瞬态过程。在MATLAB软件中将SIMULINK和SimPowerSystems相结合,提出了非线性电感下起动/发电机一体化建模的方法,建立了电磁式双凸极起动/发电机系统的一体化模型,分析了起动/发电各个阶段特性,重点分析了起动/发电切换过程瞬态特性。仿真与实验结果验证了电磁式双凸极起动/发电机系统一体化模型和特性分析的正确性。