磁链分区的磁场增强型永磁电机全速域模型预测直接转矩控制

磁场增强型内置式永磁(flux intensifying interior permanent magnet,FI-IPM)电机的反凸极(L_(q)<L_(d))特性,使得正向d轴电流增强磁场,提高输出转矩的同时,也使得弱磁升速时d轴电流正负交替变化,电流角度变化大,磁链波动大,进而造成转矩脉动大、电流畸变振荡、响应速度慢等问题。针对这些问题,该文提出一种基于磁链分区的磁场增强型内置式永磁电机全速域模型预测直接转矩控制控制策略。根据FI-IPM电机速度运行区域与磁链状态映射关系,构建磁链和转矩预测模型。在此基础上,提出磁链分区控制,引入磁链差值判断增磁和弱磁运行区,并进行磁链补偿,解决不同速度运行域之间切换的震荡和不稳定问题。最后,通过实验验证所提出控制策略的有效性,为该类电机在电驱动系统中的应用提供技术方案。

永磁同步电动机无位置传感器全速域控制仿真实验设计

为了解决现有永磁同步电动机(PMSM)无位置传感器控制方法存在的位置估计精度低、各速域切换不平稳问题,提出了一种全速域复合控制策略。在低速域采用脉振高频电压注入法获取准确的转子位置。在中高速域采用基于快速超螺旋滑模(FSTSM)算法的模型参考自适应系统(MRAS)无传感器控制方法,通过增加反馈校正环节加快误差的收敛;采用FSTSM算法替代比例-积分(PI)环节,并引入双曲正切函数代替FSTSM算法中的符号函数。仿真实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

改进电机全速域无位置传感器转速控制系统研究

针对宽速电机的全速域应用场景,提出改进传统加权平均法,并利用改进后的中高速域滑模观测器法和低速域脉振高频注入法进行复合,实现精确的全速域无位置传感器控制。首先,针对滑模观测器法中符号函数导致的系统抖振,提出指数型复合函数用来替代原观测器中的符号函数;其次,针对脉振高频注入法中高频电流分量与注入信号的相位延迟,提出使用另一轴系高频电流替代注入信号;再次,针对加权平均法在过渡区域的权重分配不合理,提出新型指数型加权系数,同时为平稳过渡提出滞留缓冲带;最后,在MATLAB/Simulink仿真平台搭建基于滞留缓冲加权法的全速域转速控制系统,进行仿真验证。通过仿真结果,表明了改进后的全速域转速控制系统对转速误差和平稳过渡的优化效果。

基于脉振高频注入和模糊超螺旋滑膜观测器的永磁同步电机全速域无感控制

为进一步满足永磁同步电机(PMSM)高精度和高动态响应速度的控制要求,提出一种基于脉振高频电压注入法与模糊超螺旋滑膜观测器法的永磁同步电机全速域无传感器控制策略。基于PMSM数学模型,将电机旋转速度分为零低速域与中高速域,在零低速域内采用脉振高频电压注入法,中高速域采用超螺旋滑模观测器法,提出一种可在不同转子转速和位置估计方法之间平滑切换的基于加权切换的方法,最终实现PMSM的全速域无感控制。仿真结果表明,提出的无感控制策略提高了各个速域内转子转速和位置的估计精度,高低速运行切换平顺,动态响应速度较高。

异步牵引电机全速域转子磁场定向校正策略及应用

大功率异步牵引系统通常采用间接矢量控制,磁场定向易受转子电阻影响,且高速方波区采用标量控制。针对此问题,提出了一种分段转子磁场定向校正方法,即在非方波区采用不同坐标系下观测电磁转矩差异性去补偿转差频率;在方波区采用基于q轴电流误差补偿转差频率。其中,磁链观测采用BPF(带通滤波器)电压模型法,可消除采集电流直流偏置及初值误差。针对牵引控制系统双中断架构特点,提出了一种通过定时器中断中指令电压幅值及载波中断中实际电压角度重构电压的方法,提高电压重构准确度的同时易于工程化实现。最后,通过仿真和实验,验证了该方法可对转子电阻变化引起的磁场定向偏差实现全速域定向校正。

全速域可变形飞行器气动布局设计及试验研究

为了解决大空域、宽速域水平起降可重复使用飞行器的气动适应性问题,设计了一种满足高超声速巡航飞行性能的飞行器,为解决该种飞行器地面水平起飞和高速巡航飞行气动性能矛盾的问题,提出了两种变形布局方式——伸缩翼布局和翻转翼布局。通过数值手段比较分析了两种变形布局的低速气动特性,并通过风洞试验对其性能进行了验证。结果表明,在增加相同机翼面积时,伸缩翼在起飞状态增升效率为68%,同时阻力增加35%;翻转翼在起飞状态增升效率为42%,阻力增加15%;伸缩翼布局比翻转翼布局的起飞升力大16%,阻力大20%,伸缩翼布局具有明显的升力优势,说明亚声速状态增加机翼展弦比是增升的有效手段,但同时也带来阻力的增加;鸭翼具有显著的增升效果,起飞状态增升12.8%,同时阻力降低1.4%,纵向压心系数绝对值前移0.48%,有效缓解了起飞状态升力和纵向稳定性的问题。

电励磁同步电机全速域自适应模型预测控制

针对传统模型预测控制(MPC)单一权值系数存在的局部最优问题,提出一种全速域自适应模型预测控制(FSA-MPC)方法。该方法采取离线初选和在线优化两个步骤完成权值系数配置,保证了MPC中滚动优化的控制品质。首先,建立电励磁同步电机的离散预测模型,并以加权求和的形式配置价值函数;其次,分析不同权值系数对各项优化目标的影响,统计得出了一个理想最优权值系数覆盖区域;最后,考虑到离线穷举法配置权值系数的不完备性,引入在线自适应机制进行在线修正。基于55k W样机验证了全速区域范围内FSA-MPC的可行性,并与传统MPC进行了对比分析,结果表明FSA-MPC可在全速域范围内保持优异的控制效果。

基于预处理HLLEW格式的全速域数值算法

基于HLLEW(Harten-Lax-Van Leer-Einfeldt-Wada)格式引入预处理技术发展适合求解全速域流场的三维Navier-Stokes求解器.引入低速预处理技术,重新构造HLLEW格式的耗散项,给出预处理后的HLLEW格式,并根据预处理后的雅克比矩阵构造相应的隐式时间推进方程.利用预处理方法求解NACA 4412低速不可压流动与RAE 2822跨声速可压缩流动,并与实验结果及原有方法的计算结果对比.结果表明:预处理HLLEW格式不仅提高低速不可压缩流动的计算效率和精度,也保持了对可压缩流动的处理能力,是一种适用于全速域流场数值模拟的有效方法.

全速域自适应巡航控制方法研究

为了提高自适应巡航系统的实用性,在满足《BS ISO-15622》的基本要求下,设计了满足0~120 km/h的全速域自适应巡航控制(FSRA)方法。基于已有的跟车车间距策略,将前车加速度作为参考因素,设计了一种符合驾驶员特性的跟车策略。以跟车效率、行车安全性、舒适性、经济性等作为控制目标,利用模型预测控制(MPC)的方法设计满足多目标优化的控制器,并在SCANeR、Matlab/Simulink、veDYNA以及NI实时系统的环境下搭建测试平台上对控制方法进行测试和验证。结果表明:在全速域区间内,该控制方法能较好地完成车辆控制。

基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制

常规的永磁同步电机全速域无位置传感器控制通过复合两种位置观测器实现全速域的转子位置估计,然而,在电机频繁宽频域调速工况下,两种位置观测器频繁地切换,易导致估计的位置和转速振荡,并且两种位置估计方法需要单独的设计和调谐,增加了系统整定难度和算法复杂度。为此,该文提出了一种基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制方法。首先,通过共振扩张状态观测器估计基频反电动势和高频反电动势。然后,建立了统一全速域模型,通过统一全速域模型实现全速域的转子位置和转速估计。在零速和低速时,通过向d轴注入高频电压,增加统一全速域模型中转子位置信息的信噪比,从而可以准确估计零速和低速区的转子位置,消除了传统高频注入法中由滤波器和延迟引起的估计误差。当电机在中高速区运行时,统一全速域模型自动蜕变为基频模型法,不需要两种位置观测器切换控制。最后,在2.0 kW内置式永磁同步电机实验平台上验证了算法的有效性。

基于迎风隐格式的全速域数值算法研究

虽然迎风格式在亚跨音速、超音速及高超音速流动中取得了巨大成功,已形成较为成熟、可靠的理论和方法,但对低速流动的计算结果并不理想,因此为了采用基于迎风格式的时间相关法处理全速域流动问题,还需引入预处理的思想,解决低速区域的收敛问题。文中推导给出了引入预处理后的迎风R oe格式,并基于预处理后的雅可比矩阵构造了对角化的近似因子隐式时间推进,在结构化网格上求解流动控制方程组,采用的算法不仅提高了在低速区域的计算效率和计算精度,也保证了在亚跨、超音速区域的计算精度。研究表明,所给出的算法是一种适用于处理全速域流动问题的有效方法。

Van Leer格式在全速域范围的推广

通过对格式耗散项的修正将Van Leer格式推广至全速域流场求解范围。对格式耗散项的分析表明,在低马赫数流动情况下格式耗散项中不应包含声速项,以此为依据对Van Leer迎风分裂格式提出了耗散项的修正方法。结合对控制方程时间导数项的预处理,修正后的格式能够成功地模拟低速流动问题,同时在其他马赫数范围内也不损失格式的收敛性及求解精度。验证算例包括低速、亚、跨及超声速流场,计算结果表明修正后的格式能够有效地用于全速域范围内的流动问题的模拟。

一种全速域的计算方法及其应用

针对原可压缩流动求解器不能用于低速不可压缩流动预测的缺点,采用预处理技术对控制方程特征系统、隐式求解方法进行修正,并采用预处理修正的AUSM+-up格式离散对流项.采用修正后的求解器对无粘鼓包流动、顶盖驱动粘性方腔流动以及Laval(拉瓦尔)喷管流动等算例进行数值仿真,并将数值仿真结果与基准解进行对比.结果表明将预处理技术应用于全速域流动问题的求解是可行的,经预处理修正后的求解器能够用于低速、亚音速、跨音速以及超音速流动问题的求解.

异步牵引电机全速域直接转矩控制策略的研究

从理论上分析了直接转矩控制原理,建立了异步牵引电机在全速域范围内运行的直接转矩控制方案:在低速区采用间接直接转矩控制,并基于间接直接转矩控制提出了一种新的启动限流方法;在中速区基于十八边形磁链采用直接转矩控制;在高速区基于六边形磁链,通过磁链动态调节达到转矩控制的目的。通过仿真对该方案进行了验证,结果表明:提出的异步牵引电机全速域直接转矩控制策略是可行的,系统具有良好的动静态性能,可用于异步牵引电机控制器的研究与开发。

飞机电动环控用高速电机全速域无位置控制稳定性分析

以飞机电动环控用高速永磁同步电机(High-speed permanent magnet synchronous motor,HSPMSM)控制系统为研究对象,考虑到HSPMSM无传感器控制的研究主要集中在算法实现和转子估计误差消除方面,本文提出了一种基于小信号分析的无传感器全速控制全局稳定性分析和参数设计方法。该方法在扩展反电动势法的基础上设计了位置估计环的参数,并建立了位置估计环和速度环的参数对系统稳定性的影响。其次,本文使用根轨迹来设计I/f控制能够运行的最高转速和扩展反电动势法能够运行的最低转速,以确定算法切换的稳定转速。同时分析了电机参数在高温下的灵敏度。最后,在45 kW、4000 r/min表贴式HSPMSM上进行了全速域电动环控实验。结果表明,本文设计的回路参数和切换转速具有更好的动态和稳态性能,参数的灵敏度与理论分析一致,为HSPMSM的全局参数设计和灵敏度分析提供了可行的思路。

改进型IF控制结合有效磁链法的永磁同步电机全速域无位置传感器控制策略

该文所提的改进型IF控制与永磁同步电机高频注入无位置传感器控制相比,具有实现简单、适配电机广泛、不产生附加振动噪声的优势。然而传统IF控制只作为永磁同步电机的低速区起动策略使用,起动完成后不再参与电机调速过程,导致采用传统IF控制起动的永磁电机不能实现全范围调速,限制了其推广应用。针对这一问题,该文提出一种基于改进型IF控制结合有效磁链法的全速域无位置传感器控制策略,实现了IF控制与有效磁链法在正转与反转、进入与退出工况下的平滑切换。通过在d轴(虚拟d轴)设置电流给定作为转矩储备,解决了永磁电机零速穿越问题。在电机加减速过程中,设置了基于滞环切换的转速过渡区。电机运行在过渡区时,一边应用有效磁链法实现闭环控制,一边在d轴上做好电流储备,为随时进入IF控制区域做好准备。通过该文所提控制策略,实现了永磁同步电机全速域稳定平滑运行,且具有近似于高频注入法的全速域调速效果。最后在一台三相永磁同步电机驱动平台上对所提控制方法的有效性进行实验验证。

复杂路况下无人车辆全速域路径跟踪复合控制研究

针对无人驾驶车辆控制器在宽速度变化范围及复杂路况下跟踪适应性问题,提出一种路径跟踪复合控制方法。建立基于车辆误差状态空间方程的模型预测控制器,并通过它求解前轮转角和纵向加速度,控制车辆直线行驶时精确跟踪目标路径;在分析车辆行驶过程中不同车速和路面附着系数对路径跟踪性能影响基础上,利用模糊控制原理构建转角补偿控制,并以道路曲率信息作为补偿控制选择机制;二者共同构成无人驾驶车辆全速域路径跟踪复合控制器。在考虑安全行车的避障路径规划下进行跟踪实验,结果表明:在全路面系数下以0~180 km/h速度变化,提出的控制方法都具有良好的控制效果,以180 km/h在冰雪路面上行驶时,其最大横向误差仅为0.36 m。

异步牵引电机全速域直接转矩控制仿真研究

根据异步电机牵引特性,将电力牵引运行划分为不同调节区,在启动及低速域时,逆变器按脉宽调制方式进行控制,当电机的输出功率达到额定值时,进入方波控制区。针对不同电力运行调节区的特点,研究了一套适合于牵引电机的全速域直接转矩控制算法,同时,采取不同控制算法间切换的过渡策略,有效地避免了磁链和转矩的跳变。最后,基于所建立的仿真模型模拟了异步牵引电机的牵引和制动工况,仿真结果表明该电机驱动系统具有良好的动、静态性能,满足列车运行控制的要求,也验证了该控制方法的正确性和有效性。

动车组牵引电动机全速域控制的研究与仿真

动车组运行时,会按照设计的牵引特性曲线控制牵引电动机。由于牵引电动机功率较大,动车组全速域运行时,不同速度段对牵引电动机控制需采用不同的调制算法。本文针对所研究动车组牵引传动系统主电路采用带中点箝位二极管的三电平拓扑结构的特点,分析三电平逆变器SVPWM异步调制策略、同步调制策略、方波控制的原理以及转子磁场定向矢量控制系统基本原理。进而运用Matlab/Simulink进行动车组牵引电机全速域运行控制仿真。仿真结果表明,控制系统能够在全速域范围内完成对动车组牵引电动机的准确控制。

变工况下感应电机全速域效率优化控制研究

为了进一步降低感应电机在变工况运行条件下的电能损耗,提出了一种基于模型法的全速域节能运行控制策略。该策略在考虑漏感影响的损耗模型基础上,建立可控损耗受转速与电流影响的机理关系,并对感应电机在全速域范围运行的转速变化进行区域划分,利用库恩卡克条件确定在不同速度划分区域运行负载波动时的最优节能控制策略;在弱磁区利用电流轨迹图对励磁电流和转矩电流进行合理分配来提高感应电机最大转矩。仿真分析表明,所提出的节能控制策略能够有效提高感应电机的运行效率,并提高弱磁区的最大输出转矩,使系统达到最佳运行状态。