电力推进船舶中永磁电机直接转矩控制

随着交流电机变频调速技术的发展,大功率永磁电机已成功应用于船舶电力推进系统中。通过对变频调速系统中直接转矩控制理论的分析,建立了基于传统开关表的直接转矩控制仿真模型。仿真结果表明,采用该技术的变频调速系统中,推进永磁电机的加速时间较快,同时能够满足船用大功率永磁电机在动态转矩响应方面的要求。

基于虚拟频率的直流微电网下垂控制策略

在直流微电网的传统下垂控制中,电路参数及线路阻抗的不一致造成DC-DC变换器下垂特性均存在差异,降低了变换器的均流精度。下垂控制还会造成一定程度的直流母线电压跌落。为了提高直流微电网的控制性能,模拟交流微电网的频率下垂控制机理,提出一种基于虚拟频率的多DC-DC变换器下垂控制方法。在控制器中构造了频率与输出电流成比例的虚拟交流量,利用低带宽通信共享各变换器的虚拟频率并求出平均值。该平均频率及虚拟交流量进一步用于产生虚拟无功功率以调整变换器的电压设定点,协调各变换器输出电流的大小。在不造成母线电压跌落的前提下,提高了多变换器间的负载电流分配精度。利用小信号模型分析虚拟频率下垂控制的闭环稳定性。最后,通过仿真和基于Starsim和dSPACE快速原型样机的实验,验证了该方法的有效性。

基于线路阻抗补偿的直流微源并联均流控制策略

针对直流微电网内微源变流器间的自主均流控制及母线电压的二次跌落问题,提出一种基于线路阻抗补偿的多源均流控制策略,利用改进频率注入法的反馈机制使各变流器总等效下垂系数相等且为最小线路阻抗值,进而获得各变流器线路阻抗的补偿信息;再将主动频率注入法切换至传统下垂控制,利用所得线路阻抗补偿值刷新各变流器下垂系数,从而满足功率精确分配的要求。该方法仅利用变流器本地信息,在保证负荷功率分配精度的同时,有效改善了由频率注入法带来的电能质量问题,同时避免了传统下垂控制造成的母线电压二次跌落问题。利用小信号建模分析了系统的稳定性,同时为验证该策略的控制效果,搭建了相应的直流微电网仿真模型和HIL StarSim实验平台,结果表明所提策略能够有效完成母线电压稳定和负荷功率精确分配的控制目标。

UUV推进电机在线参数辨识自适应控制方法研究

针对水下无人航行器(UUV)的推进电机矢量控制系统中电流控制器性能因参数变化而下降的问题,提出一种基于智能在线参数辨识的电流环自适应控制方法。以离散型永磁同步推进电机动态模型作为被控对象,采用动态惯性权重粒子群算法对永磁同步推进电机的定子电阻和dq轴电感进行在线辨识,根据电流控制器工程设计方法,将辨识所得的电机参数实时用于计算电流控制器的PI值,实现电流环的自适应控制。最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性,结果表明该方法可以有效地克服水下快速洋流对推进电机的负载扰动,进而实现永磁同步推进电机的快速、高精确度电流控制性能。

螺旋桨负载永磁同步电机直接转矩控制系统研究

为了研究空间矢量调制策略对大功率永磁同步电机在螺旋桨负载特性下变频调速性能的影响,通过对直接转矩控制变频调速和螺旋桨负载特性理论的分析,结合螺旋桨敞水特性曲线,得到螺旋桨推力系数Kp和扭矩系数Km分别与进速比J之间的函数关系。提出了推力系数和扭矩系数的计算方法,建立了螺旋桨负载和永磁推进电机直接转矩控制的仿真模型。仿真结果表明,直接转矩控制系统中永磁推进电机转速动态响应快,转速稳定后电磁转矩与螺旋桨旋转产生的负载转矩相等。与实测电机运行数据比较可知,不同转速下仿真得到的电机转矩值与实测值相一致,验证了该模型的有效性。

基于田口法的永磁同步推进电机优化设计

以无人水下航行器推进用内置式永磁同步电机为研究对象,利用传统的等效磁路法和经验公式,初步确定永磁同步电机设计基本电磁参数,并用RMxprt和Maxwell进行初步的校核,确定了各优化参数及取值范围。在保证输出转矩的前提下,以相关尺寸参数槽型参数、直接影响成本的永磁体宽度和厚度、隔磁桥宽度为优化参数,以高效率、永磁体用量少、转矩脉动小为优化目标,通过田口法对内置切向式永磁同步电机优化设计,得出电机多目标优化设计的方案。有限元仿真分析结果验证了该方法的合理性和有效性。

船舶永磁推进电机电流测量误差抑制技术

电流测量误差会造成永磁同步电机矢量控制系统的稳态转速、转矩脉动,同时会增大电机相电流的低次谐波含量。文章从坐标变换角度出发,分析出其根源在于dq轴稳态电流出现与电机定子角频率相关的1次、2次交流分量,并提出一种旋转坐标系下截止频率动态变化的低通滤波方法,用于抑制电流测量误差的影响。根据电机固有机电时间常数与滤波器截止频率的关系,结合船舶永磁同步推进电机的应用场合,推导出内环调节器零点与滤波器非零极点相消方法的PID控制器参数整定方法,进行仿真和实验验证。结果表明该方法能显著提高电机的稳态性能、降低谐波含量。

500kA铝电解供电系统稳流控制策略优化

以某公司整流供电系统技术改造为背景,针对500kA大电流整流输出振动不稳定的问题,对现有电解铝供电系统的结构进行分析。整流供电系统采用有载调压变压器、移相变压器以及自饱和电抗器三者协调控制策略,应用数字式PLC设备实现对稳流系统的控制,阐述改进后的稳流控制系统的基本原理和系统总体设计方案。调试及运行结果表明,该策略稳流精度高,对提高电解铝供电质量、降低电能消耗具有重大现实意义。

化工专业应用型人才培养模式的探索与实践

针对目前化工类人才的培养现状和发展需求,本文从地方高校化工专业人才培养存在的问题出发,探讨了应用型化工专业人才的培养模式。并对该模式的有效实施提出了科学合理的有效方案。

船舶永磁推进电机直接转矩控制的比较

在直接转矩控制变频调速的理论基础上,建立了基于传统开关表和空间电压矢量调制的直接转矩控制仿真模型。仿真结果表明,采用该技术的变频调速系统能够满足船用大功率永磁电机在动态转矩响应方面的要求,不同转速下仿真得到的电机转矩值与实测值相一致,验证了仿真模型的正确性。同时通过比较结果可知,采用空间电压矢量调制技术后,能有效克服在传统直接转矩控制中存在的转矩和磁链脉动大的缺点。

永磁同步电机幅值控制集模型预测控制策略

传统有限约束集模型预测控制方法仅利用二电平电压源型逆变器的六个有效空间电压矢量和两个零矢量作为控制集合,致使永磁同步电机的相电流中存在较高的电流谐波。针对这一问题,提出一种基于旋转坐标系下电压幅值控制集合的幅值控制集模型预测控制方法。首先通过对电机的负载状态进行分析,根据电机电压状态方程设计电压幅值控制集合,然后根据电流参考值和电流预测模型选择出最优电压幅值,根据当前转子位置,将最优幅值合成逆变器电压矢量作用于电机。该方法能够有效地降低最优矢量的相位误差和幅值误差,从而减小电机的电流谐波和转矩脉动。同时,有限的择优范围和幅值控制集的设计,使得该方法有效地降低了算法的计算复杂度。最后搭建硬件实验平台,通过与电流环PI控制器和占空比模型预测电流控制器进行对比,验证了该方法在动态性能和稳态性能方面优越性。

用于永磁同步电机周期性转速脉动抑制的重复控制

本文针对电流测量误差、逆变器死区效应等非理想因素造成永磁同步电机转速周期性脉动的问题,在转速外环设计插入式转速自适应重复控制器,实现对电机转速的平滑稳定控制.首先,分析各种非理想因素引起永磁同步电机稳态转速周期性脉动的机理.其次,为保证附加转速自适应重复控制器后的系统稳定性,设计零相位FIR低通滤波器、线性相位补偿器和重复控制器增益系数.在此基础上,引入fal函数,解决附加重复控制器导致的系统动态调节过程超调过大问题.实验结果验证了本文所提方法的有效性.

基于SVPWM的逆变器死区效应分析与补偿

针对空间矢量脉宽调制逆变器死区效应引起的误差电压矢量导致开关管实际导通时间和理想给定时间不相等的问题,从消除误差电压矢量着手,提出使用两个线性扩张状态观测器进行死区补偿的方法。分析了由于死区时间、开关管导通关断时间引起的死去效应,将误差电压矢量看作是加在d,q轴上的扰动,提出的方法可以有效抑制死区时间带来的不利影响。通过实验验证,证明该方法的有效性。

基于变权值令牌环模型的无人水下航行器推进系统网络研究

针对无人水下航行器(UUV)推进系统搭建了Modbus通信网络,实现对航行器电力推进系统的网络控制。由于标准的Modbus通信协议具有实时性较低的问题,提出了一种具有优先级的令牌环模型,通过令牌传递的方式协调各从站并行处理数据,从而大大减少了网络通信延时。在此基础上扩展出了变权值令牌环模型,可满足应对不同工况时及时修改各从站延时的需求,并能以牺牲一定的传输实时性为代价避免处理大量数据时低优先级从站数据彻底丢包的现象出现。仿真试验验证了所提出的Modbus改进模型的有效性。

两相混合式步进电机的滑模伺服控制研究

为了提高步进电机控制系统的动静态性能与系统鲁棒性,将滑模变结构控制引入步进电机的伺服控制系统中,设计两相混合式步进电机八扇区SVPWM分配方式,并设计滑模控制器使系统控制性能得到明显改善。利用Matlab/Simulink将其与工业上常用的细分控制方式进行对比仿真验证,结果表明滑模变结构控制与工业上使用的细分控制方式相比,具有响应快、抗扰动强、转矩波动小等优点,由此说明了滑模控制在步进电机伺服控制系统中的优越性。

基于复矢量解耦的电流环动态性能改进策略

永磁同步电机模型经过坐标变换之后,d、q轴之间可以实现静态解耦,但动态调节过程中仍然存在交叉耦合问题,且转速越高耦合越严重。另外,电流环内存在的延时会加剧d、q轴耦合,影响电流环动态性能。针对上述问题采用复矢量解耦方法,在电流调节器中引入一个随转速变化的零点,使得此零点可以与电机模型中的极点完全抵消,实现了d、q轴完全解耦,且此方法对电机参数不敏感。为减小电流环延时,在分析延时产生原因的基础上改进了电流采样方式,并且采用双采样双更新策略,延时减小62.5%。仿真结果表明所提方法有效提高了电流环动态性能。

直流供电下的永磁同步电机驱动系统母线电压振荡抑制策略

针对直流推进系统中具有LC滤波器的永磁同步电机驱动系统的母线电压振荡问题,基于逆变器电压设计一种振荡抑制策略。该方法首先利用小信号分析法对电机和LC滤波器进行建模,从系统的阻抗匹配角度分析系统的稳定性。并将阻尼信号注入到脉宽调制的逆变器参考电压信号中,增加了电机的输入阻抗,避免了输入输出阻抗的相互影响,保证了系统的稳定性。同时,为了避免传统滤波器提取信号的相位偏差问题,将锁相环和低通滤波器相结合设计了一种信号提取结构。该结构提高了阻尼信号的提取精度,从而提升了逆变器电压补偿的阻尼补偿效果。最后通过仿真和硬件在环实验平台验证了该方法的有效性。

基于零漂修正和偏置补偿的定子磁链观测算法

针对反电动势积分法在实际应用中会受到积分初值、逆变器非线性、电流采样噪声等影响,引起纯积分计算结果漂移甚至饱和,导致电机运行不稳定的现象,提出一种低通滤波器加零漂修正的改进磁链观测算法。分析了低通滤波器代替纯积分时能够抑制但不能消除零漂的缺陷,以及积分后采用极值法对零漂修正的不足,两种方案结合能完全消除直流偏置且结构简单、易于工程实现,算法通过仿真和实验验证,结果表明该算法能够有效地解决电压积分模型磁链观测不准确问题,提高转子位置及速度估算精度,实现宽转速范围永磁同步电机无位置传感器控制。

船舶推进电机运动控制系统仿真研究

船舶推进电机运动控制系统作为电力推进船舶的核心部分,对其进行建模与仿真分析具有重要意义。针对电机微分方程组数值稳定问题,分析不同方法下的数值稳定域,引入牛顿拉夫逊法求解矢量控制下经梯形法差分化的方程组。结合螺旋桨敞水特性曲线以及实例船舶阻力计算,建立螺旋桨负载和永磁推进电机矢量控制的运动模型。基于Matlab软件编写船机桨不同工况下启航的仿真程序,分析部分典型工况下的变化曲线。仿真结果证明了本文采用模型的正确性,在此模型上可简单快捷增加控制算法,为后续研究提供理论依据。

基于高频信号注入法的电流测量增益误差补偿

针对永磁同步电动机相电流采样增益误差引起的电流测量精度降低的问题,采用了一种周期性注入高频电压补偿电流增益误差的方法。高频电流响应中的正相序分量和负相序分量用于平衡和补偿相电流测量增益误差。这种方法可以用于电动机的初步调试或者起动阶段,也可以周期性的用于电动机常规运行阶段。仿真结果表明,这种补偿算法可以有效的消除相电流测量增益误差,抑制误差所引起的转矩和转速脉动,提高交流调速系统的稳态和动态性能。