计及弱磁效应的直驱式波浪发电系统变系数模型预测控制策略

为提高波浪发电系统(wave energy converter,WEC)能量捕获效率,并保证其在运行过程中满足系统的各种约束条件,该文以平均捕获功率最优为目标,提出计及弱磁效应的直驱式波浪发电系统变系数模型预测控制(model predictive control,MPC)策略。针对波浪激励力过大导致的变流器输出电压过调制问题,将弱磁控制引入优化算法,在满足发电机弱磁极限的前提下增大发电系统的运行范围,提高WEC的能量捕获效率。此外,基于仿真分析,发现了规则波下MPC目标函数的正则系数与平均捕获功率的对应关系。在此基础上,引入快速傅里叶变换(fast Fourier transformation,FFT)与叠加定理,构建了适用于不规则波输入的直驱式WEC变系数MPC控制策略。仿真结果表明,在不规则波浪下,所提方案能在满足系统约束条件的同时,有效提高能量捕获效率。

基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略

永磁辅助式同步磁阻电机在高速工况弱磁运行时,直流母线电压利用率不高,电机的效率与转矩输出能力较低。为此,提出了一种基于六边形轨迹的永磁辅助式同步磁阻电机弱磁控制策略。首先,以永磁辅助式同步磁阻电机的d-q轴等效电路为基础,推导了弱磁过程的电压和电流约束,证明弱磁控制提升电机调速能力的根本原因。其次,为充分发挥永磁辅助式同步磁阻电机高速运行下功率密度较高的优势,进而推导过调制算法。并将其应用于永磁辅助式同步磁阻电机的弱磁操作中,以实现更高的直流母线电压利用率。最后,通过仿真验证所提出方法的有效性。

基于热释电红外传感器的弱磁信号智能采集方法研究

对弱磁信号采集受到环境干扰和采集传感设备部署节点不合理等因素的影响,导致采集的信号具有大量干扰噪声,为了提高弱磁信号采集的分辨能力,结合阵列信号处理技术,提出基于热释电红外传感器的弱磁信号智能采集方法。构建弱磁信号智能采集的热释电红外传感器的节点分布阵列模型,结合相位偏移修正和噪声干扰抑制的方法,构建弱磁信号采集的滤波模型,基于信号波形的相干阵列检测方法实现对弱磁信号的空域特征增强,结合多径信号相干匹配技术和相应的多个DOA估计技术,通过热释电红外传感器的阵列节点输出信号的增强和滤波处理实现信号智能采集。实验结果表明,采用该方法进行弱磁信号智能采集的输出信号幅度和相位增益性较好,输出信噪比为45.9 dB,弱磁信号的误码率为0.55 bit,说明本方法具有实用性。

车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真研究

永磁无刷直流电动机的转矩与转速会对电机的控制精度造成影响,导致电机弱磁控制效果差。为了提升整体控制性能,提出车用永磁无刷直流电机弱磁控制仿真方法。分析车用永磁无刷直流电机弱磁转矩特性,获取电机电磁转矩关系。根据获取结果建立永磁无刷直流电机弱磁控制系统,利用该系统控制电机弱磁的电磁转矩与运行效率,以此实现整体控制。实验结果表明,通过对所提方法开展电机运行效率测试、电机运行稳定性测试,验证了上述方法的有效性。

基于SABO算法的PMSM弱磁和MTPA控制方法

永磁同步电机因其结构紧凑、噪声较少、功耗较少、运行速度快、操作稳定,已被普遍采用。针对永磁同步电机弱磁控制过程中,转速环参数选取采用传统PI(proportional-integral)控制方法,依靠经验整定参数,外界抗干扰能力较差、难以保证在各运行区间具有优良性能等问题,提出了一种基于减法平均优化算法的永磁同步电机的弱磁和MTPA(maximum torque per ampere)控制的宽运行范围方法。将智能寻优算法、MTPA控制、弱磁控制三者相结合,利用减法平均优化算法优化PI控制器的参数,提高了系统的响应性能和抗干扰能力;工作电压未超过电压极限圆使用MTPA控制策略运行;工作电压超过电压极限圆利用电压闭环反馈,进行弱磁控制。使用MATLAB/Simulink构建的永磁同步电机弱磁控制仿真模拟,通过PI控制器和减法平均优化算法优化后的PI控制器性能对比,从仿真结果得到控制器方法的有效性。实验有效证明了该控制方法能够解决各种运行工况下控制器参数的优化整定问题,提高电机控制精度。

IPMSM的复合超前角弱磁控制系统研究

为提升内置式永磁同步电机(IPMSM)控制系统弱磁扩速性能,提出了一种复合超前角弱磁控制方法。分析电机的电流及电压限制条件,根据电机运行不同区域的转矩特性,将转矩输出最大化作为目标,设计了全速度范围内的超前角弱磁算法。该方法将电机运行区域分成3段,可实现最大转矩电流比(MTPA)控制区域与超前角弱磁区域的平滑过渡,使得系统在基速阶段转矩输出恒定,在弱磁扩速阶段功率恒定。仿真结果表明,提出的方法有效地拓宽了转速范围,解决了传统超前角弱磁在深度弱磁阶段的电流振荡问题。

基于梯度下降法的永磁同步电机弱磁控制仿真

永磁同步电机在运行过程中,弱磁轨迹若出现偏差会直接影响电机的运行效果。为提升电机运行质量,提出基于梯度下降法的永磁同步电机弱磁控制方法。分析永磁同步电机弱磁控制影响因素,建立永磁电机稳态电压方程与电磁转矩方程,获取永磁同步电机的弱磁移动轨迹。基于分析结果制定弱磁控制策略,结合梯度下降法在电机输出电流、电流被限制的情况下,计算电流的下降梯度与转矩角度,辨识电流的缩减方向,实现永磁电机的弱磁控制。实验结果表明,使用上述方法开展电机弱磁控制时,能够有效测试出电机直、交轴电流输出,电机转速能够达到电机期望转速,说明其控制效果较好。

车用永磁同步电机高性能弱磁控制策略

提出一种基于电流预测的车用永磁同步电机弱磁控制方法,以提升永磁同步电机弱磁区的动态性能。详细分析了弱磁区的电压边界问题,以及不同电压选取规则下的稳定性问题。在此基础上,提出了一种考虑稳定性和动态特性的动态过调制策略。此外,研究了基于参数模型的电流预测控制算法,该算法具有快速动态响应和可控约束的优点,在保证稳定性的基础上可有效提升电机弱磁区域动态性能。最后,分别在仿真和实验平台上证明了所提算法的有效性。

基于电压相角调节的高速永磁同步电机弱磁控制策略

针对永磁同步电机高速运行时电流环抗扰能力差的问题,文中提出一种电压相角调节弱磁运行的谐波抑制策略。首先,通过线性化处理建立控制系统的小信号模型,进而得到系统的闭环传递函数,分析了弱磁运行的稳定性;为了克服加速过程中阻尼系数低和系统稳定性差的问题,在直轴电流调节器中引入比例微分补偿策略来实现内环反馈,以提高系统阻尼比并抑制系统谐振峰值,从而减少高速运行时的电流振荡;最后,根据等效内模控制器原理和频域分析,确定补偿器的关键参数。实验结果表明,该方法能够有效提高电流环的稳定性和控制系统的抗干扰性能,显著降低电机电流谐波含量。

含腐蚀缺陷管道弱磁信号的正演模型

针对埋地集输管道在非开挖条件下的腐蚀检测难题,结合磁偶极子模型以及应力磁化强度模型,建立一种含缺陷管道弱磁信号正演模型。通过数值模拟方法研究了腐蚀缺陷磁感应强度波形特征及离地高度、磁化强度对磁感应强度的影响。结果表明:腐蚀缺陷处Bx和By出现极值特征且方向相反,Bz出现过零点特征且峰值改变方向;分别讨论了离地高度以及磁化强度对信号的影响。通过开展现场检测,验证正演模型的准确率,其误差率为11.11%。

风电机组齿轮的弱磁检测技术

针对现有无损检测技术难以满足风电机组齿轮多类型缺陷检测需求的问题,提出了一种基于弱磁原理的无损检测技术。采用所提方法,设计试验分别对两种含有不同缺陷的17Cr2Ni2Mo钢试样进行检测,采集检测数据后进行信号处理和分析,最后与工业CT、巴克豪森噪声检测结果进行对比。试验结果表明,弱磁检测技术对齿轮的表面和内部裂纹缺陷较为敏感,对齿轮的磨削烧伤有很好的识别能力,定位准确,信号处理后的结果更为直观清晰。该技术在风电机组齿轮的无损检测中具有应用潜力。

基于模型预测控制的PMSM弱磁策略

针对永磁同步电机在电压反馈弱磁控制策略下,不佳的电压外环控制参数引起电流振荡和电流调节器饱和等问题,提出基于模型预测控制的弱磁策略。首先,通过将电压方程中的非线性耦合项和转速作为状态变量之一,得到电流环的线性模型;然后,基于该模型,模型预测控制以电流跟踪误差和d-q轴控制电压增量为优化目标,在每个采样周期求解有限时域内的优化问题,得到d-q轴控制电压。最后,仿真和实验结果表明,相较于传统电压反馈弱磁策略,所提出的弱磁策略的电流响应性能对电压外环的控制参数鲁棒性更高。

车轴钢渗碳层深度弱磁检测技术研究

针对现有车轴钢渗碳层深度无损检测技术的工程局限性,提出一种弱磁检测方法,即利用渗碳层与其心部交界处应力集中且无法消除、进而对外表现出特定的磁感应强度的无损检测方法。通过采集不同样本车轴钢及其不同部位的磁场信号,分析磁感应强度幅值与深度的对应关系,构建弱磁检测数学模型。试验结果(标准厚度/检测厚度/绝对误差):花键外圆3.50 mm/3.57 mm/0.07 mm、杆部外圆4.30 mm/4.46 mm/0.16 mm、R角4.00 mm/3.86 mm/-0.14 mm,检测精度整体相对误差小于5%,满足工厂实际检测需求。

全光法原子磁强计中弱磁信号检测研究进展

准确地探测和测量磁场,特别是极弱磁场(nT级以下),对理解物理世界可以起到更好的辅助作用。随着量子传感、信息、仪器仪表等技术的发展,原子磁场测量技术成为新一代超高灵敏磁场测量技术的发展方向。综述了原子磁强计中信号测量、调制方法、研究进展、设计方案以及实际应用的情况。首先介绍了近年来国内外原子磁强计的研究现状;其次阐述了全光法原子磁强计的基本原理;接着详细讲解了弱磁信号检测原理,并对不同的调制方法进行了比较;最后对弱磁信号高灵敏度的检测在今后的改进方向、应用领域和所面临的挑战进行了展望。

基于FCS-MPC的PMSM自抗扰弱磁控制系统设计与分析

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)弱磁控制系统常用于电动汽车领域。电动汽车运行于低速时,PMSM需要输出大转矩,以响应快速起步、加速及爬坡需求;电动汽车运行于高速,且超过额定速度时,PMSM处于弱磁状态,需具备一定的带载能力,以满足高速行驶和超车工况。针对PMSM弱磁控制中的转速突变,文章设计了自抗扰控制器(Active Disturbances Rejection Controller,ADRC)替代速度外环PI控制器,对扰动项快速观测和补偿,减小速度突变对系统造成干扰,实现转速精准跟踪。针对转矩项干扰,结合转矩和磁链输出值设计有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)以替代传统直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC),构建令转矩和磁链脉动最小的价值函数,再通过价值函数的计算寻优,选取出最优空间矢量控制信号输送给逆变器。基于ADRC和FCS-MPC的优化作用,弱磁控制系统的抗扰能力、电流和转矩输出精度增强,试验验证了所设计系统的可行性和性能优势。

基于随机梯度下降的永磁同步电机弱磁扩速控制

为提高永磁同步电机的额定转速,并解决电机在弱磁区域输出电压方向递减信息存在的大纯滞后问题,文章提出一种随机基于梯度下降的永磁同步电机弱磁扩速控制方法。首先,分析永磁同步电机稳态运行原理,并建立永磁同步电机数学模型,采用静止三相/两相方法进行坐标变换;然后,在此基础上提出一种提高电机在额定转速、克服输出电压方向信息大纯滞后的方法;最后,与最大转矩/电流控制方法进行对比,通过MATLAB/Simulink进行仿真实验测试算法的性能。实验结果表明,该控制方法可以提高电机的额定转速,有利于克服电机在弱磁区域输出电压方向递减信息大纯滞后所导致的控制精度低等问题。

熔焊缝缺陷弱磁检测实验研究

为实现熔焊缝缺陷的检测,基于弱磁检测技术,采用测磁传感装置对S06材料的焊缝进行检测,同时提出利用上、下测磁线圈的磁感应强度梯度曲线阈值线区分应力集中和缺陷信号的数据处理算法。结果表明:下测磁线圈的磁感应强度曲线在应力集中和缺陷处均存在磁异常特征,而上测磁线圈的磁感应强度曲线只在应力集中处存在磁异常特征;在应力集中处,上、下测磁线圈的梯度曲线均超出各自上下阈值线,而在缺陷处,仅下测磁线圈的梯度曲线超出其阈值线。此外,将缺陷信号借助二维图像显示的可视化方式进行分析,可以更加直观地对缺陷进行定位。

内嵌式永磁同步电机矢量控制系统弱磁控制研究

提高变桨电机的稳态和动态控制性能,保证在不同风况及母线电压跌落的情况下维持电机高速运行的稳定性尤其重要。分析了内嵌式永磁同步电机的模型及约束条件,结合永磁同步电机的应用特点,基于SVPWM的矢量控制与电压外环的双电流弱磁控制策略,设计了矢量控制和弱磁控制系统模型并进行了仿真。基于该控制系统模型搭建了实验平台,对不同直流母线电压下矢量控制与弱磁控制的性能进行了对比测试和分析,验证了模型设计的合理性,实现了扩速性能。目前,该控制系统已应用于风机变桨伺服控制系统,具有较高应用价值。

永磁同步电机自适应弱磁控制策略研究

针对传统PI控制器难以同时满足高速弱磁和低速弱磁电压反馈回路增益非线性变换的问题,提出了一种自适应调节方案。通过分析解耦电压反馈式电流超前角控制回路中导致系统非线性的因素,设计了反比函数转速调节器和模糊控制电流超前角调节器,对弱磁工况下电压控制回路的非线性进行补偿,设计了钳位抗饱和模块以解决电压反馈积分饱和问题。在此基础上,采用粒子群优化算法,对模糊控制器的模糊规则权值和比例因子进行离线优化。通过仿真和试验证明了自适应弱磁算法响应特性优于传统PI电压反馈控制算法。

永磁同步电机弱磁转矩响应速度提升策略

弱磁控制技术能够有效地拓宽永磁同步电机运行速度范围,因此对永磁同步电机弱磁控制的研究具有重要意义。大多弱磁控制通过单一的PI环节修正弱磁电流指令,其响应速度较慢,难以满足高性能的控制需求,且由于弱磁环的高耦合、非线性,PI参数整定困难。针对以上不足提出一种折算查表的方法作为前馈加入到控制系统中,加快了弱磁调节的速度;同时采用增益线性化的方法,通过分析不同工作点处小信号模型的变化,解决了通过经验整定的弱磁环控制器的固定PI参数无法应对工作点变化的问题,从而提高了系统的稳定性和准确性。最后根据仿真和实验验证了改进的方法,能够有效提升弱磁控制的性能。