带积分补偿器的永磁直线同步电机滑模控制研究

为了解决传统滑模变结构中存在的高频抖振现象和抗扰动能力较低问题,提出了在控制对象前端引入积分环节的带补偿器方案。在对永磁直线同步电机(PMLSM)的数学模型进行分析的基础上建立了位置环滑模变结构控制状态方程和等效控制模型,提出了更为精确全面的控制参数和等效模型参数的确定方法;以平板式直线永磁同步电机的电机参数为例进行了计算机仿真实验,仿真结果验证了带积分补偿器结构的可行性和有效性。研究结果表明,与传统的滑模变结构相比较,带积分补偿器结构能够较好地克服系统受外力干扰和负载变化所产生的振荡现象,有效地削弱了滑模变结构的抖振现象;通过分析可知,该结构还能克服系统动子质量和永磁铁磁链的扰动产生的系统振荡,提高系统的鲁棒性和控制精度。

高倍率脉冲放电锂电池的寿命老化特性

电磁发射用锂电池的老化行为不仅关系着能源系统的经济成本和动力性能,更会直接影响武器系统的作战能力和装备寿命。此外,电池的超寿命滥用还会引发热失控和起火危害。因此,有必要对高倍率脉冲放电锂电池的寿命老化特性开展定性和定量的研究。首先,综述了电池老化机理及研究现状;然后,搭建了高倍率锂电池(组)测试平台开展了循环寿命实验,并从容量、电气参数和电池阻抗三个方面分析了电池的寿命老化特性。研究结论对进行锂电池的健康状态估计和剩余寿命预测有一定的参考意义。

高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性

由于电池内阻和极化现象的存在,锂电池在放电的瞬间会出现较大的电压跌落,高倍率脉冲放电锂电池更是如此。为了研究高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性,探讨温度、荷电状态和老化等因素对电池功率性能的影响规律,定义了锂电池的功率特性曲线,搭建了高倍率电池测试平台,并从温度、荷电状态和老化3个阻抗敏感因素开展实验研究。研究方法和结论对后期开展锂电池系统的峰值功率评估和功率曲线预测有一定的指导意义。

锂电池储能在电磁发射中的应用

随着电磁发射技术的发展,储能环节成为其中不可或缺的一部分。对基本储能单元需求进行分析,以用电系统功率和能量需求为牵引,以储能系统体积重量适装性最优为目标,充分对比现有各类电池参数指标,从安全性、功率密度、能量密度和循环寿命四个方面进行考虑,确定基本储能单元类型为锂电池。面对舰上不同电磁发射设备电压、电流的需求,需要研究能够实现锂电池组快速灵活串并转换的拓扑结构。在实现电池组稳定并联之前,需保证电池组的一致性,因此需计算出电池荷电状态并进行均衡;针对短脉冲大倍率连续放电工况下荷电状态估算不准确的问题,提出以蓄电池组作为研究对象,采用动态辨识方法进行估算。由于各电池组之间存在不一致性,并联起来放电时可能导致输出电流不均衡,使得本来就处于高倍率放电的电池组超限使用,因此将提出一种电池组均流方法来解决此问题。

储能用蓄电池模型参数的动态辨识

为观测锂离子电池的参数,通过建立多元线性回归模型对内电路参数进行辨识,并提出通过间接观测蓄电池平衡电动势来辨识荷电状态的方法。该方法基于改进的Thevenin电池模型,以等效电容量来表征锂电池的容量特性。在循环周期内可通过测量放电前后开路电压变化量和电荷变化量来辨识等效电容;等效电容又可以在短时间内动态估算平衡电动势以作为辨识荷电状态的主要变量。通过一个循环周期内的脉冲放电实验验证了所采用的改进电池模型和辨识方法的有效性和准确性。

采用多模式控制的电磁发射蓄电池充电谐波抑制方法

针对电磁发射蓄电池组大倍率快速充电过程中的电网谐波陡增问题,提出多模式模糊滞环控制谐波抑制方法。结合电磁发射混合储能系统的时序串联拓扑结构,说明蓄电池的超大倍率充电应用工况和策略,进而介绍蓄电池充电的拓扑结构,明确谐波的来源、特点和产生原因。在分析单台充电机充电时的电网谐波电压和谐波电流的基础上,研究不同充电机并充台数、不同充电电流情况下电网谐波电压和谐波电流的分布规律。设计多模式控制方法的组成方式和切换判据,建立蓄电池充电机、瞬时无功功率检测、谐波抑制、多模式控制的仿真模型。仿真和试验数据表明:谐波抑制方法能够快速抑制电磁发射蓄电池充电机大规模启停、波动时的谐波陡增问题,补偿效果满足国家标准。

电磁发射电池组杂散电感提取方法

在电磁发射锂离子电池储能系统中,电池组杂散电感的准确提取对合理设计系统方案具有重要意义。针对该需求,对电池组脉冲放电过程进行建模与分析,得到适合杂散电感提取的放电阶段。通过将离散傅里叶变换求解数值微分的方法更改为滑动窗递推形式,并与多新息最小二乘算法结合,从而提出一种可充分利用波形数据的杂散电感提取方法。通过实际的电池组脉冲放电测试波形对该方法进行验证,结果表明该方法相比传统方法能更加准确、可靠地提取电池组的杂散电感,在不同放电电流下的提取结果具有很好的一致性。

储能系统电感器两端并联RD电路性能研究

为解决混合储能系统IGCT关断过电压及其对器件本身和系统性能产生的恶劣影响,提出了一种在电感器两端并联RD吸收电路的结构。在分析RD吸收电路工作原理的基础上,仿真对比了IGCT关断过电压和蓄电池正极电位峰值的变化。结果表明:在电感器两端增加RD吸收电路后,可有效降低IGCT关断过电压和蓄电池正极电位峰值,增强系统的绝缘等级,保护开关器件。参数化分析和优化后发现,在合理选择RD电路参数后,吸收电阻的热损耗可控制在较低的比例。

电磁发射混合储能系统能量传输速率优化

要实现电磁发射装置连发频率的提升,重点在于缩短储能系统的充电时长。为此研究了电磁发射用蓄电池–脉冲电源混合储能系统的能量传输速率优化方法,基于等效电路模型,建立储能系统数学模型,提出了时序求解算法用以计算蓄电池组串联时序。在不改变电流峰值的同时,探讨可行的充电速率优化路线,选择了基于线路阻抗与感抗参数的优化方案,并在仿真中验证了方案的可行性。在现有系统上实现了该优化方案,实验结果显示:优化后系统的充电电流更加稳定,充电时间缩短8.34%,电流纹波下降31.8%,实现了预期结果。

高倍率磷酸铁锂电池简化机理建模与放电特性分析

高倍率磷酸铁锂电池的机理建模对电池设计与应用管理具有重要意义。针对当前机理模型存在全阶形式复杂度高、简化形式在高倍率下难拟合的问题,将简化的准二维(P2D)电化学模型与双状态热模型结合,建立电化学-热耦合简化机理模型,并通过参数辨识实现了模型在10~40C高倍率、宽范围下的实际放电曲线拟合。基于辨识后的模型,分析了电池高倍率放电下外部曲线变化趋势所反映的内部演化机理,发现高倍率放电初期电池端电压秒级的大幅度下降与液相锂离子浓度分布的不均匀性有关,放电中期的端电压回升来源于温度上升导致的电池内部各材料活性的不断增强。

铜箔式脉冲电抗器电感计算研究

为获得较为精确的铜箔式脉冲电抗器电感计算公式,首先从通电环形导线的电感计算公式出发,得出绕线式电抗器的电感计算公式;然后,基于铜箔划分的方法,建立了两种电抗器间的计算转化关系,综合考虑铜箔中的电流集肤效应,最终得出铜箔式电抗器的电感计算公式;最后,利用试验实测电感值与ANSYS仿真计算结果及解析计算公式结果进行对比,验证其准确性,进一步对电感计算公式的精度进行探讨,得出当铜箔式电抗器的匝数、铜箔厚度等参数发生变化时电感计算公式精度的变化规律及其适用范围,为电磁发射用铜箔式脉冲电抗器的设计提供了一定的理论基础。