新型双层半插入式交替极永磁电机的解析建模

为了提高永磁电机的电磁转矩,提出一种新型双层半插入式交替极永磁电机模型。内层为交替极磁极,外层为表贴式永磁体,内外层永磁均为径向磁化。采用二维子域模型法,将求解域划分为定子槽、定子槽口、气隙、外层永磁和内层永磁共5个子域。根据拉普拉斯和泊松方程,通过分离变量法获得各子域矢量磁位的通解,再根据边界条件并求解矩阵方程,获得各子域矢量磁位的直流分量和谐波系数。以一台8极9槽新型电机为例,计算了电机的气隙磁密、空载感应电动势和电磁转矩,结果表明,在永磁用量相同的前提下,与传统的表面插入式电机相比,新型电机具有更高的电磁转矩。最后,用有限元法验证了解析模型的正确性。

基于零力矩点滑模预测控制的电动前移式叉车稳定性研究

考虑了在电动前移式叉车装载货物转向行驶的情况下,其门架受载变形和货物升降共同引起叉车合成质心位置的变化,进而结合叉车合成质心变化模型和叉车三自由度模型建立了叉车动力学模型。针对叉车合成质心位置变化导致其转向稳定性不足的问题,根据零力矩点(Zero Moment Point,ZMP)理论分析了叉车行驶的稳定条件并得到了侧倾指标来判断车辆的稳定性。通过理想跟踪模型得到理想的叉车横摆角速度、质心侧偏角、车身侧倾角和侧倾角速度,以理想值与由叉车动力学模型仿真得到的实际值的差值为输入,设计了一种基于零力矩点的滑模预测控制(Sliding Mode Predictive Control,SMPC)算法,以调节叉车后轮转角的大小。仿真研究表明,在阶跃工况和双移线工况下,当货物升降速度不同时,与滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)和无控制相比,基于ZMP滑模预测控制实现了对理想叉车横摆角速度和质心侧偏角的实时快速跟踪,提高了叉车的稳定性。

基于ASGSO-BP的RFID定位方法研究

将自适应步长的萤火虫优化(ASGSO)算法与BP神经网络相结合,形成基于ASGSO-BP的无线信道建模方法。采用数据拟合性能较好的ASGSO-BP网络,构建在室内环境下传输无线信号的路径损耗模型,以提高估算信号传输距离的准确性。利用得到的模型和RFID阅读器检测接收到信号强度值的距离,并将该距离用于LANDMARC算法,进行三维空间的室内定位。仿真实验效果显示,采用该方法可显著提升无线信号室内定位的精度及自适应性,对促进智能网联车辆技术的发展具有重要意义。

货物旋转对三向叉车横向稳定性影响及控制策略研究

文章考虑了三向叉车在装载货物运行的情况下,其货叉带动货物旋转引起整车的合成重心变化,进而提出一种考虑货物旋转情况的叉车横向稳定性模型。针对三向叉车的合成重心变化导致其横向稳定性不足的问题,首先在该文建立的叉车模型基础上运用线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)最优控制法,提出一种基于天牛须搜索的粒子群算法(particle swarm optimization based on beetle antennae search,BAS-PSO)来优化LQR状态矩阵加权系数的方法,进而设计LQR转向控制器;然后基于BAS-PSO优化的LQR转向控制器实现对理想横摆角速度和理想质心侧偏角的快速跟随;最后在双移线换道工况下进行仿真分析,验证了上述控制策略能有效抑制质心侧偏角的偏移,更好地实时跟踪理想横摆角速度,三向叉车在其货叉装载货物进行旋转操作时的横向稳定性得到了明显改善。

双层Halbach永磁电机解析建模与优化

提出双层Halbach永磁电机的二维解析模型,模型中转子永磁包括内外两层,每层每极均由两块永磁构成,且每层中间磁块均为径向磁化。通过分区域求解标量磁位的微分方程,解析得到双层Halbach无槽电机的气隙磁场。利用卡特系数考虑齿槽作用,解析获得双层Halbach有槽电机的气隙磁场。接着,为优化气隙磁场波形,分别解析获得外层径向磁化磁块的最优极弧比和内层径向磁化磁块的最优极弧比,从而获得双层Halbach电机气隙磁场的优化解。计算结果表明,双层Halbach电机不仅气隙磁场和反电势的波形正弦度都优于单层Halbach电机,而且电磁转矩的波动更小,因此具有更好的电磁性能。二维有限元法与二维解析法计算结果一致性较好,验证了二维解析模型的正确性。

爪极发电机空载漏磁计算

用三维有限元方法计算一台电励磁爪极发电机和一台新型混合励磁爪极发电机漏磁系数。爪极结构的特殊性决定了爪极发电机磁场呈三维分布,需用三维数值方法计算。采用有限元商用软件包通过前处理、加载和后处理等程序,得到电励磁爪极发电机和混合励磁爪极发电机不同结构参数下的空载漏磁系数,并总结出不同结构参数下漏磁系数的变化规律,对于不同类型爪极发电机的结构设计、磁场分析以及参数优化设计等方面的研究提供一定的理论参考。

无位置传感器无刷直流电机三闭环控制系统

为了减小无位置传感器无刷直流电机的转矩脉动,在传统的转速电流双闭环控制的基础上,增加了功率抑制闭环,构成三闭环控制系统,针对换相转矩脉动提出了分阶段控制策略,有效减小了电机换相转矩脉动和母线换相电流脉动。首先建立无位置传感器无刷直流电机模型,给出功率抑制闭环的控制方法以及数学公式。然后建立三闭环控制模型,通过仿真结果验证了理论分析的结论。最后通过实验验证此控制策略可以将样机转矩抑制在额定转矩附近波动,无明显换相转矩脉动产生。结果表明,与传统的控制方法相比,提出的方法抑制换相转矩脉动的效果更佳。

新型结构永磁屏蔽电机三维磁场分析和电感计算

采用三维有限元方法对一台用于屏蔽泵系统的新型结构永磁屏蔽电机进行了分析与计算。电机无转子铁心,结构简单且无转子铁耗。由于绕组端部漏感较大,必须采用三维数值方法计算。首先对电机进行了三维磁场分析,接着采用三维瞬态有限元方法计算了屏蔽套的涡流损耗,然后运用能量摄动法计算出额定负载时电机各绕组不同转子位置角的自感和互感值,再通过坐标变换获得电机的交直轴电感值。最后对实际样机的电感参数进行测量,测量结果与计算结果的一致性验证了计算结果的正确性。

凸形不等厚磁极永磁电机建模与分析

在永磁电机设计中,转子磁极形状对永磁电机的电磁性能产生较大的影响。该文提出两种凸形不等厚磁极的永磁电机,分别为凸半圆形和凸梯形。对这两种凸形不等厚磁极的永磁电机进行建模,采用精确的子域模型方法,通过边界条件求解每个子域中的拉普拉斯方程和准泊松方程,从而得到气隙磁场的解析式,并得到空载感应电动势、电磁转矩以及齿槽转矩等电磁性能参数的解析式。与永磁用量相同的传统表贴式永磁电机相比,结果表明:两种凸形不等厚磁极的永磁电机不仅空载感应电动势基波幅值较高,谐波含量较低,而且电磁转矩较大、齿槽转矩较小。此外,还分析了两种凸形不等厚永磁结构参数对永磁电机电磁性能的影响。最后,利用有限元法对解析模型的正确性进行了验证。

组合磁极结构的永磁电机解析法建模与分析

磁极结构直接影响永磁电机气隙磁场的分布。提出一种组合双层Halbach阵列结构。利用叠加原理,采用标量磁位法对该结构电机中的气隙磁场进行了解析计算。同时,对于有齿尖结构的定子槽,通过改进的卡特系数对气隙长度进行等效。为了比较,同时分析得到了单层Halbach结构气隙磁密的最优值。在此基础上,通过改变双层结构磁极上下层的厚度比、上下层中间磁极极弧系数以及边磁磁化角度等参数变量,分析优化电机的气隙磁密,并计算优化后的双层结构永磁电机的气隙磁密、感应电动势和电磁转矩。计算结果表明,在永磁用量相等的前提下,双层Halbach结构永磁电机的电磁性能优于单层结构。最后,通过有限元法验证了解析计算的正确性。

基于端电压平均值和准滑模观测器的无刷直流电机控制

无位置传感器控制是未来的发展趋势。为了提高无刷直流电机无位置传感器控制系统的精确度,提出了一种基于端电压平均值的线反电势准滑模观测器。为了减小传统滑模观测器存在的抖振,该观测器引入一种具有边界层的饱和函数,并采样端电压的平均值。该控制策略不需要滤波电路和相位补偿模块就能得到线反电势,而且以线反电势作为换相信号能消除以相反电势作为换相信号滞后30°电角度的问题。通过得到的线反电势对应虚拟的霍尔信号从而确定换相信号。与传统的滑模控制方法相比,该方法具有转矩脉动小、响应速度快等优点。仿真和实验结果证明了该方法的可行性和正确性。

转子有辅助槽的表贴式永磁电机解析法建模与优化

通过在表贴式永磁电机的的转子上开辅助槽,可间接改善电机的齿槽转矩脉动状况。但目前相关文献大都基于有限元法,需要反复修改模型参数,且尚未得出明确的槽型优化方法。本文选取磁场中的标量磁位为求解变量,在电机的气隙区域、永磁体区域分别建立拉普拉斯和准泊松方程。对于不规则的永磁体形状,采用分块累加方法,提出了一种转子含有半圆形辅助槽的表贴式永磁电机解析模型。之后,推导了齿槽转矩峰值与槽型尺寸的解析关系,对辅助槽型尺寸进行优化分析,可获得齿槽转矩脉动的极小值。最后,利用有限元法对所提出的解析模型进行了验证。

电缆三维磁场分析与自感计算

文章采用三维有限元方法分析计算了几类同轴电缆、多股导线同轴电缆以及偏心电缆的三维磁场和电感参数;采用有限元商用软件包ANSYS,基于磁场能量法计算得到几种不同形状的同轴电缆、多股导线同轴电缆以及偏心电缆在不同参数下的单位长度自感参数;基于能量摄动法计算得到同轴电缆在不同参数下的单位长度自感参数和单位长度互感参数,并进一步分析得出电感参数变化规律。有限元法与解析方法计算结果的一致性验证了有限元法计算的正确性。该方法简单易行,且计算精度很高,可用于计算规则或不规则形状的同轴电缆以及偏心电缆等各类电缆的电感参数。

单相串励电动机优化设计

针对单相串励电动机效率低的缺点,采用拟牛顿法对一台食物搅拌机用单相串励电动机进行了优化设计。首先给出了单相串励电动机的电压方程、功率方程及等效磁路,并得出了电机的极弧系数、匝比、极宽以及轭高等变量下的效率变化曲线,然后采用拟牛顿法对电机各参数进行优化设计,在满足约束条件的前提下,效率达到最大值。实测值与计算值的一致性验证了理论计算的准确性。

42 V汽车用永磁发电机的电磁设计

在分析永磁同步发电机工作原理的基础上,根据汽车用永磁同步发电机的特点及要求,对电机主要尺寸的确定、永磁体尺寸的确定、极弧系数的确定以及定子绕组的设计等电磁设计过程进行了详细分析。采用等效磁路的方法计算得到一台42 V汽车用永磁同步发电机的设计结果。并在此基础上,进一步分析研究该电机,得到功角关系曲线、功率与效率的关系曲线、极对数与效率的关系曲线、气隙长度与效率曲线。

基于遗传算法实现单相串励电动机闭环调速

采用遗传算法进行PID参数整定,研究了一台食物搅拌机用单相串励电动机的起动和调速过程。首先利用MATLAB/Simulink软件建立了单相串励电机的数学模型。然后通过S-function将PID调速模块化,给出了通过定时器的控制产生符合要求的可控硅脉冲波形的方法。最后对用遗传算法整定的PID参数进行了闭环调速仿真,得到了从起动到变速的良好调速效果,并与实际电机运行参数进行比较,不仅验证了遗传算法的高效性,而且提高了系统的稳定性。

爪极发电机负载漏磁计算

采用三维瞬态有限元方法对一台电励磁爪极发电机和一台混合励磁爪极发电机进行了负载漏磁计算。爪极发电机的特殊爪极结构决定了电机磁场呈三维分布,需要用三维数值方法计算。首先对永磁体进行了优化分析,确定了永磁体牌号和三维尺寸。接着分析了两种电机的气隙磁密波形。然后得到了在输出恒压的前提下两种电机不同转速和不同励磁电流下的负载平均漏磁系数以及最大输出功率。并且得出了两种电机效率与负载平均漏磁系数的变化关系。最后,计算值与样机实测值的一致性验证了计算结果的有效性。

采用拟牛顿法和模式搜索法优化爪极发电机

采用拟牛顿法和模式搜索法以及两者相结合的方法对汽车用爪极发电机进行了优化分析。针对爪极发电机效率低的问题,利用商用软件Ansoft中的RMxprt模块,采用等效磁路法设计了一台2.1 kVA电励磁爪极发电机。在此基础上,采用拟牛顿法、模式搜索法以及两者相结合的方法,对电机所有的参数进行了优化,使得在满足约束条件下,效率达到最大值。为爪极发电机的优化设计提供依据和参考。

通用型永磁同步屏蔽电机电磁设计

利用三维瞬态有限元法设计了不同功率的通用型永磁同步屏蔽电机。该电机为整体式永磁转子,极弧系数为1,无转子铁心,结构简单。由于二维有限元法无法计算绕组端部漏感,为此采用三维有限元法。考虑到生产成本,在没有改变定子铁心和转子的基础上,保持额定电压及额定转速不变,仅通过改变定子绕组的匝数和线径,从而改变了三相感应电动势,并设计了不同功率的永磁同步屏蔽电机。利用三维瞬态有限元法计算出不同功率电机的各种损耗及效率等性能参数。最后,样机实测结果与计算结果一致,验证了计算结果的正确性。

新型永磁屏蔽电机性能研究

在分析传统的有转子铁心永磁屏蔽电机的基础上,研究了一款适用于管道屏蔽电泵的新型结构永磁屏蔽电机。该电机无转子铁心,永磁体极弧系数为1。采用二维瞬态有限元方法对两种结构电机进行了磁场分析,计算了定转子屏蔽套的涡流损耗以及各种损耗,获得电机性能参数。计算结果表明,与同功率的有转子铁心永磁屏蔽电机相比,无转子铁心永磁屏蔽电机不仅结构更简单、成本更低,而且效率更高。