电磁搅拌用两相正交逆变电源的控制方法研究

为了提高钢铁连铸冶炼的品质以及电源自身的性能,研究一种前级脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流、后级三桥臂逆变的电磁搅拌用两相正交逆变电源的拓扑结构。根据电源装置的前后级能量平衡数学模型,分析推导直流侧电压二次纹波。然后,提出一种PWM整流器的综合控制方法,有效提高PWM整流器的工作性能,并抑制直流侧电压二次纹波引起的谐波电流。针对后级三桥臂两相正交逆变器,通过分析其数学模型,提出一种输出电流的前馈+反馈复合跟踪控制方法,能有效结合前馈控制的快速跟踪性能和反馈控制的闭环跟踪性能,提高装置的动态跟踪性能,以满足电磁搅拌器频繁正反转交替的要求。最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法的正确性。     

两相/三相复用电磁搅拌专用变频电源设计与应用

电磁搅拌专用变频电源分为用于板坯的两相(互差90°)和用于方圆坯的三相(互差120°)两种变频电源。设计了一种两相/三相复用电磁搅拌专用变频电源。首先对两相/三相复用电磁搅拌电源的主电路方案和调制算法进行分析,再根据所带负载的参数特性表计算出主电路各个部分的参数并进行了电路设计,最后制作了一台样机并使用所设计的复用电源样机分别驱动两相辊式电磁搅拌器和三相方圆坯电磁搅拌器,验证了所提方案的可行性。     

电磁搅拌电源故障停机保护方法研究和应用

首先用基础理论知识分析传统电磁搅拌变频电源故障停机保护方法的缺陷以及对变频电源可靠性的影响;根据传统方法的缺陷,这里提出一种新型保护方法,并用两种不同的结构形式设计出相应的保护电路。经试验和实践证明所提出的方法能够实现变频电源在紧急故障时有效保护,并成功地将使用该保护方法的电路集成在湖南中科电气股份有限公司的第五代板坯电磁搅拌专用变频电源装置系统中,具有非常巨大的工程实际应用价值和意义。     

LPWM控制的正交二相电磁搅拌电源

构建出正交二相绕组与直流电压中心相连接的电磁搅拌电源主回路.该电路采用IGBT的数量是二相分别采用桥式电路时的一半.以双极性SPWM调制方式为基础,提出了以输出电流的正负来开放封锁IGBT的逻辑脉宽调制( LPWM)方式,具有减少门极开关损耗,提高PWM开关频率,增加抗直通安全可靠性等优点.通过1-2变换构造出系统控制...     

一种基于空间矢量控制的整流器容错控制方法

为降低三相脉宽调制(PWM)整流器功率开关器件发生断路故障时对系统的影响,分析了在空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制算法下三相电压型PWM整流器6个功率开关器件中的某一个功率开关器件断路时指令电压矢量的合成情况,从矢量合成的角度阐述了故障发生时网侧电流畸变和直流侧电压波动的原因。提出了一种断路故障发生时在不改变整流器拓扑结构的前提下,能有效减少交流侧电流畸变、维持直流母线电压稳定的容错控制算法。通过仿真和实验验证了该算法的正确性和有效性。     

电磁搅拌电源二类短路检测电路设计与应用

电磁搅拌变频电源中大容量IGBT在二类短路故障情况下能够可靠有效地检测和保护是电磁搅拌电源稳定运行的前提条件.首先用基础理论知识和现场实际应用环境状况分析电磁搅拌电源容易频繁发生二类短路故障的原因, 阐述了一类短路与二类短路的主要区别,并说明了设计二类短路故障检测和保护电路的必要性.然后结合已有的分析结果对二类短路故障检测电路进行了理论方案设计和详细电路设计,最后搭建试验平台验证了所设计的二类短路检测 电路准确性,并将该二类短路检测电路集成在湖南中科电气股份有限公司的第五代电磁搅拌专用变频电源装置系统中.试验和应用实践结果表明,该二类短路故障检测电路能够对频繁发生二类短路故障的电磁搅拌电源起到保护作用,具有非常巨大的工程实际应用价值和意义.     

一种基于行波磁场的电磁搅拌器实现方案

提出了一种基于行波磁场的电磁搅拌器及其具体的实现方案。首先介绍了基于行波磁场的电磁搅拌基本原理及其优点;随后讨论了电磁搅拌线圈的设计和电气控制柜的具体实现,并提出了一些关键电路的设计方案;最后给出实验结果和应用介绍。实际工业应用证明,该方案能有效地实现功能,并带来了较大的经济效益。     

多电平逆变器开关管开路故障容错重构策略

针对有源中点箝位(ANPC)三电平逆变器难以对多管复合开路故障进行有效容错的问题,提出一种改进型三电平ANPC逆变器容错拓扑。为对比所提改进型ANPC容错拓扑与已有拓扑结构的整体容错性能,提出了一种基于系统输出特性的可靠性计算方法。同时,为改进传统控制算法无法容错非预期故障的不足,提出一种在线容错拓扑重构控制算法,能够基于故障信息实时求解容错拓扑重构方式,并得到可行的等效开关状态,实现对于故障的实时容错控制。仿真和实验结果验证了所提容错拓扑及其重构控制算法的有效性。     

三相永磁容错电机单相故障的容错控制

为了使三相永磁容错电机在单相故障后仍能输出满足要求的转矩,提出了容错电流优化控制方法。针对开路故障,利用故障前后磁动势不变的原则,得到了故障时的容错补偿电流,实现对转矩脉动的补偿。针对短路故障,利用分开补偿的策略,对由短路电流引起的转矩脉动和缺相不对称转矩脉动进行分开补偿,进行了电流矢量合成,实现了电机在短路时输出转矩脉动的最小化。通过MATLAB/Simulink进行仿真,验证了所提出容错控制方法的有效性。     

三相逆变器低成本容错拓扑的工程运行研究

针对工程运行中大功率三相逆变器功率开关器件易于损坏并造成严重事故的问题,提出了改进容错方案.首先从逆变器主电路的硬件拓扑结构入手,采用低成本电力接触器实现了事故发生时,备份桥臂与相应的触发控制线路一次性切换替代事故桥臂;再从电动机气隙磁链轨迹的控制理论出发,研究利用三相四开关逆变器拓扑结构,实现电动机准两相容错运行;最后,探讨了电动机不得不单相或准单相运行时,如何控制气隙磁链轨迹改进电动机的故障运行质量.     

高功率密度电机换相过程中磁场特性研究及优化

Shenquan Wang  Jian Feng  Huaguang Zhang 《International Journal of Adaptive Control and Signal Processing》2014,28(9):798-811

Adaptive fault tolerant control for a class of multi‐input multi‐output nonlinear systems with both sensor and actuator faults

Compared with the fault diagnosis, detection, and isolation literature, very few results are available to discuss control algorithms directly for multi‐input multi‐output nonlinear systems with both sensor and actuator faults in the fault tolerant control literature. In this work, we present a fault tolerant control algorithm to address the system output stabilization problem for a class of multi‐input multi‐output nonlinear systems with both parametric and nonparametric uncertainties, subject to sensor and actuator faults that can be both multiplicative and additive. All elements of the sensor measurements and actuator components can be faulty. Besides, the control input gain function is not fully known. Backstepping method is used in the analysis and control design. We show that under the proposed control scheme, uniformly ultimate boundedness of the system output is guaranteed, while all closed‐loop system signals stay bounded. In the cases where the sensor faults are only multiplicative, exponential convergence of the system state variables into small neighbourhoods around zero is guaranteed. An illustrative example on a robot manipulator model is presented in the end to further demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme.     

Active fault‐tolerant control system design with trajectory re‐planning against actuator faults and saturation: Application to a quadrotor unmanned aerial vehicle

During the past 30 years, various fault‐tolerant control (FTC) methods have been developed to address actuator or component faults for various systems with or without tracking control objectives. However, very few FTC strategies establish a relation between the post‐fault reference trajectory to track and the remaining resources in the system after fault occurrence. This is an open problem that is not well considered in the literature. The main contribution of this paper is in the design of a reconfigurable FTC and trajectory planning scheme with emphasis on online decision making using differential flatness. In the fault‐free case and on the basis of the available actuator resources, the reference trajectories are synthesized so as to drive the system as fast as possible to its desired setpoint without violating system constraints. In the fault case, the proposed active FTC system (AFTCS) consists in synthesizing a reconfigurable feedback control along with a modified reference trajectories once an actuator fault has been diagnosed by a fault detection and diagnosis scheme, which uses a parameter‐estimation‐based unscented Kalman filter. Benefited with the integration of trajectory re‐planning using the flatness concept and the compensation‐based reconfigurable controller, both faults and saturation in actuators can be handled effectively with the proposed AFTCS design. Advantages and limitations of the proposed AFTCS are illustrated using an experimental quadrotor unmanned aerial vehicle testbed.Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

高 Q 值超低功耗谐振式磁传感器的设计与实现

针对现有谐振式磁传感器原理不能同时实现高品质因数(Q)和低功耗的缺点,利用双端固定石英音叉谐振器与铁镓磁致伸缩合金片复合,设计了一种隔离磁机阻尼的高Q值、数字频率输出的超低功耗谐振式磁传感器。利用音叉谐振器结构的解耦特性,设计应力耦合传递结构,隔离了磁致伸缩材料磁机阻尼,从而保证复合传感器Q值与音叉谐振器Q值相当。在磁场作用下,磁致伸缩力传递到音叉谐振器,由于音叉力敏感特性,实现磁-力-频率转换。制备了铁镓合金/石英音叉谐振器复合敏感结构,测试表明,在低气压封装条件下的品质因数约为16 764,门振荡电路功耗约为124.8μW,在线性区灵敏度为3.05 Hz/Oe,分辨率为6 mOe。