航空高速起发电机转子永磁体预应力设计

航空高速起发电机在可靠性方面要求高,对于带护套的表贴式高速永磁起发电机,永磁体预应力是通过在永磁体表面过盈压装非导磁合金护套实现,因此转子结构设计时需要合理的预应力设计。本文建立一种温度补偿的航空高速起发电机转子永磁体预应力设计仿真模型。以一台最高转速55000r/min的无人机用表贴式起发电机为例,分析过盈量对永磁体静态预应力的影响,在此基础上,计算并总结转子各部分动态应力随电机转速、温度、永磁体分段等因素的变化规律,为同类型电机设计提供参考。最后对一台起动功率20kW、额定发电功率4kW、最高转速55000r/min的高速起发电机进行实验验证,证明计算结果的有效性。     

永磁同步电机多步模型预测电流控制球形编码研究

传统多步模型预测电流控制遍历所有开关序列, 并寻求成本函数最小, 使得运算量较大. 球形编码算法将成本函数转换为开关序列对应的矩阵二范数平方, 并采用事件触发机制动态精简计算量. 仿真结果表明: 基于球形编码的多步模型预测电流控制性能良好, 与传统方法完全等价, 控制效果相当. 基于STM32H743单片机平台, 球形编码和传统方法单控制周期执行时间实验结果表明: 对于多步预测, 球形编码算法可减少单控制周期执行时间, 2步预测减小至96.78%, 3步预测减小至87.99%, 4步预测减小至73.41%, 5步预测减少至63.63%, 在控制性能与传统方法相当的条件下, 提高系统实时性能     

永磁同步电机模型预测转矩控制简化控制策略

传统永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)遍历逆变器生成的全部7个电压矢量, 计算负担较大.当转矩误差较小时, 零电压矢量利用率较高, 则可当转矩误差位于阈值范围, 电机系统直接输出零电压矢量, 否则,依然遍历7个电压矢量, 并给出阈值确定方法. 基于上述策略, 本文增加了6个定子磁链扇区位置约束, 将转矩误差大于阈值时的备选电压矢量降至4个, 并增加磁链扇区数目至12个和磁链误差约束, 进一步减小备选电压矢量. 仿真结果表明, 提出的3种简化策略控制下, 永磁同步电机系统运行正常, 控制性能与传统模型预测转矩控制基本相当,平均开关频率分别降低至77.48%, 77.09%和76.12%, 平均遍历电压矢量个数分别降低至58.29%, 32.86%和29.14%.实时性实验结果表明运行时间分别减小至57.70%, 32.96%和29.48%.     

变母线电压工况下开绕组PMSM单矢量模型预测转矩优化控制

为改善双电源供电型开绕组永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)在采用传统单矢量MPTC控制策略时转矩脉动大、计算复杂度高、权重系数较难整定的问题,该文提出一种基于电压矢量幅值的最优矢量快速选取方法,利用无差拍预测转矩控制思想,直接预测出参考电压矢量,消除评价函数中的权重系数,分析变母线电压工况下的基本电压矢量变化趋势,结合扇区细分的思想,对不同电压比例下的矢量选取方法进行分析推导,充分考虑了双电源供电型开绕组PMSM拓扑的所有基本电压矢量,采用类似开关表的方法建立了不同扇区内的最优矢量选取方法,降低算法的计算复杂度,有效改善了电机的转矩脉动。实验结果表明,该文提出的单矢量模型预测转矩控制策略在宽母线电压比例范围内均能获得较好的电机控制效果。     

基于田口法的内置式双层永磁体转子结构的设计与优化

采用多层永磁体转子结构的内置式永磁同步电机具有较大的凸极比,可以充分利用转子的磁阻转矩,在电动汽车等领域得到了越来越广泛的应用。内置式多层永磁体转子结构的参数较多,组合灵活,其设计和优化是电机设计的一个难题。本文针对某180kW调速永磁同步电机的转子设计,选用"V一"型双层永磁体转子结构,引入田口法,选取合适的磁路参数和目标优化参数,建立田口实验正交表,然后利用有限元方法分析不同磁路参数组合下的电机性能。在此基础上,评估各磁路参数对各目标优化参数的影响,进而确定了转子结构方案。本方法对双层永磁体转子结构设计具有一定的指导意义。     

基于电机参数在线修正的高速永磁同步电机无位置传感器算法研究

针对运行环境恶劣的无位置传感器高速永磁同步电机(HSPMSM)系统,无位置传感器算法的参数依赖性是热门研究方向之一。研究了一种基于估计旋转坐标系下扩展反电动势的无位置传感器算法,利用系统稳定性分析法对算法模型的电机参数依赖性进行了定性分析。通过建立四阶扩展卡尔曼滤波观测器对电机参数进行在线辨识,并结合参数依赖性规律,实时修正位置观测器算法模型中的电机参数,有效解决了运行过程中参数变化导致系统失稳的问题。在额定功率、转速分别为60 kW与45 000 r/min的高速离心压气机系统中通过仿真验证了所提方法的有效性。     

表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制系统预测模型研究

不同的磁链和转矩预测模型使得表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)系统的性能有所差异。因此建立了基于转子磁链坐标系、定子磁链坐标系和静止坐标系的SPMSM MPTC系统,并进行仿真验证和对比分析。仿真结果为SPMSM MPTC的预测模型的选择提供参考。     

一种带有空槽分瓣定子结构的直驱永磁电机

随着风电市场的发展,风力发电机功率逐渐提高,电机体积越来越大,体积增大为直驱电机运输带来困难。当电机外径大于5 m时,运输成本会随着电机直径增加而迅速增加。为了解决这一问题,需要考虑将电机沿着径向分为若干个模块,运输到项目现场后再进行电机总装配。电机分瓣后同一个线圈无法同时存在于不同的两瓣电机上,采用空槽结构可以有效解决这个问题。首先提出采用空槽结构实现直驱电机的分瓣技术。其次通过对比空槽与不空槽电机的电磁性能分析空槽的可行性。最后对比不同极槽配合下空槽对电机的电磁性能影响,得出空槽方案的可行性。     

直驱式永磁同步电机改进型无差拍直接转矩控制研究

为提高直驱式永磁同步电机（DD-PMSM）的动态响应性能,提出了一种改进型无差拍直接转矩控制(DB-DTC)策略。改进型DB-DTC在保留传统DB-DTC动态响应性能的基础上,简化了控制过程,降低了实时计算量。通过在MATLAB/Simulink 环境下搭建仿真模型,对传统DB-DTC和改进型DB-DTC的控制效果进行对比,并将改进型DB-DTC结合位置型阻抗控制策略,验证控制策略的优越性。仿真结果表明,在位置控制模式下,相对于传统DB-DTC,所提控制策略的电机转动至给定角度以及转速降为零所需的时间减少0.002 s,稳态运行角度误差减少0.02°。在速度控制模式下,相对于传统DB-DTC,所提控制策略的电机达到给定转速的时间减少0.004 s,稳态转速误差降低0.03 r/min,稳态转速波动降低0.06 r/min,在电机进入稳态运行以后,q轴电流峰值降低0.193 A,q轴的电流脉动降低0.204 A。电机控制系统具有更好的动态性能和更强的抗干扰能力。     

基于神经网络的双闭环伺服系统自适应控制

针对双闭环伺服系统中传统自抗扰控制（ADRC）控制器待整定的参数较多且整定过程较复杂的问题,设计了一种基于径向基函数神经网络的ADRC控制器。考虑到组合控制律的独立性,设计线性状态误差反馈进一步降低参数整定复杂性。径向基函数神经网络将扩张状态观测器中的非线性误差增益作为其权值系数,在线辨识出被控对象的Jacobian信息,利用神经网络的自学习功能实现了ADRC的参数在线自整定。以永磁同步电机(PMSM)作为被控对象,通过MATLAB进行仿真。仿真结果证明,此控制策略有效地优化了伺服系统的静态性能和动态品质,实现了控制系统的高动态和高精度。