基于MPC的PMSM转矩电流误差控制研究

针对占空比双矢量模型预测电流控制方法采取无差拍思想计算占空比时,周期内较大的电流误差导致转矩脉动严重的问题,提出了一种矢量切换的方法。所提方法不以无差拍思想下转矩电流预测值与参考值相等为控制目标,而是通过改变电压矢量的切换时刻并保证电流误差正负对称相等,实现了降低转矩电流控制误差的目的。通过推导占空比,对比分析了矢量切换前后单个控制周期内的最大电流误差。并在Simulink仿真平台上验证了矢量切换方法,同时与占空比双矢量方法进行对比。结果表明矢量切换方法能有效减小周期内转矩电流跟踪误差,实现了每个周期过程最优控制。

基于FPGA的PMLSM三矢量模型预测电流控制IP核设计及硬件在环验证

为了提升永磁直线同步电机(PMLSM)电流控制的稳态性能和执行速度,同时降低资源消耗,基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了一个三矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)知识产权(IP)核,并利用FPGA在环可视化验证方法,建立了一个PMLSM的TV-MPCC IP核验证系统。通过Simulink对TV-MPCC策略进行算法级仿真,并优化了基本电压矢量的作用顺序;采用并行与资源共享硬件优化技术设计并封装了一个TV-MPCC IP核,并对其进行了功能仿真;将设计部署在FPGA芯片XC7Z020CLG400-2上,利用FPGA在环可视化验证平台进行实验研究。结果表明,TV-MPCC策略下d、q轴电流跟踪误差和电流脉动均降低90%以上;FPGA工作在100 MHz下,实现一次算法的时间为0.62μs,仅为软件PyCharm执行时间的0.414%。

逆变型电源场站故障稳态电流实用化计算方法

单机倍乘法常用于逆变型电源场站的故障稳态建模,可简单估算场站短路电流水平,但计算精度有待提升。文中首先分析了低电压穿越控制策略约束下,有功出力、电压跌落程度对发电单元输出的稳态电流的决定性作用,得出故障稳态电流输出特性曲线,基于此分析了场站电气距离及有功出力差异对单机倍乘法计算误差的影响。在误差分析的基础上,提出了计及发电单元分布特性的改进单机倍乘法。该方法在发电单元接入点电压计算中,利用等值阻抗来等效发电单元与并网点的电气距离;将场站分群等值为两台机组,减小发电单元间有功出力差异对短路特性的影响。不同场景下的仿真分析表明,改进方法计算精度较单机倍乘法有着较大的提升。所提方法仅需通过简单计算即可实现场站分群和短路电流聚合,有较好的工程实用性。

真空环境下小孔节流径向气浮轴承特性研究

单轴气浮台中的涡流力矩主要是由径向气浮轴承的制造误差引起的。采用CFD软件首先研究了真空环境对小孔节流径向气浮轴承的承载力、耗气量的影响规律,其次对比研究了真空环境下简化和实测常见制造误差对涡流力矩的影响规律。在常压和真空环境下,进、出口压力差相同时,常压环境下静态承载能力优于真空环境;当出口压力逐渐越接近真空时,承载力下降趋势更加突出;在真空环境下的平均耗气量要比常压下小。对简化的制造误差进行分析时,涡流力矩出现正弦周期性变化,其峰值出现规律与制造误差的相对位置有关。依据实际误差测量数据进行建模分析,发现涡流力矩在一定范围内波动,这是轴颈制造误差与节流孔直径制造误差共同作用的结果,峰值数量和位置与节流孔的数量和相对位置一致,且节流孔直径制造误差也会对峰值时的涡流力矩结果产生影响。

双三相同步磁阻电机单相开路故障下的容错控制策略

双三相同步磁阻电机(dual three-phase synchronous reluctance motor,DTP-SynRM)转子不含永磁体,没有高温退磁风险,成本较低,且由于其系统自由度高、冗余性强,因此具有较好的容错性能。开路故障是双三相同步磁阻电机系统中最常见的故障类型之一,该文针对一种两套三相绕组中性点相互独立的双三相同步磁阻电机单相开路故障,建立DTP-SynRM矢量空间解耦模型,实现对电压、电流和磁链方程的完全解耦。在开路故障状态下仍将其视为一个正常的双三相电机,分析故障状态对电机的电流约束和信号传递的影响,并指出在开路故障下z2轴电流与β轴电流不再独立,电机由正常运行时的四阶系统降阶为三阶系统,而由于开路故障导致的电压信号传递不准确则会在dq坐标系中引入二次谐波电流,并产生二次和四次转矩波动。该文提出一种同时考虑电流约束和信号传递误差的故障容错方法,电机处于三闭环运行状态,补偿电压信号传递误差,抑制开路故障时电机的转矩波动并降低电流谐波。搭建实验平台进行实验,验证所提容错方法的有效性和可行性。

基于预测误差补偿的PMSM预测电流控制

为解决永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)模型预测电流控制(model predictive control,MPC)参数鲁棒性差的问题,提出一种电流预测误差的补偿策略。首先,引入PMSM局部模型,并采用滑模观测器得到局部模型变量;其次,利用局部模型在一个控制周期内计算出所有电压矢量对应的电流预测误差;最后,采用估计的电流预测误差在线修正预测模型,保证在参数扰动时的预测电流精度。仿真结果证明,相比于传统的MPC,所提出的方法几乎不再受模型参数的影响,在确保控制性能的前提下有效地提高参数鲁棒性。

基于转矩跟踪电流误差校正的压缩机转速脉动抑制算法研究

针对空调用永磁压缩机在低频运行中存在转速脉动大、振动噪声高等问题,提出一种基于转矩跟踪电流误差校正的压缩机转速脉动抑制算法。首先对压缩机的周期性转速脉动进行分析,并根据转速脉动特性建立转速环控制系统模型。然后引入迭代学习算法,获得转矩跟踪电流,在此基础上,提出特征滤波函数,用来提取转矩跟踪电流基波分量,有效抑制特定次频率的转速脉动,同时引入转矩跟踪电流误差校正律,对转矩跟踪电流与参考交轴电流的误差进行校正,进一步获得前馈补偿电流,并施加到参考交轴电流中,可以消除传统迭代学习转矩跟踪电流存在的误差累积,跟踪性能好。最后,在空调压缩机实验平台上对算法进行验证,实验结果表明,所提算法可以显著抑制压缩机的转速脉动。

基于台区剩余电流关联性分析的接线错误漏电用户识别方法

低压配电网中,台区剩余电流与零线、地线接线错误用户的用电行为具有密切关联性,而正常用户对台区剩余电流的影响较小。文中提出一种基于台区剩余电流关联性分析的接线错误漏电用户识别方法,根据接线错误用户的负荷电流与台区总剩余电流之间的内在关系来识别接线错误的漏电用户。首先,指出了基于电流幅值回归分析识别异常用户的理论缺陷;然后,结合台区剩余电流实部时序数据和台区用户负荷电流实部时序数据构建状态方程和测量方程,采用卡尔曼滤波进行状态估计,通过计算各用户负荷电流与台区剩余电流的相关系数,达到识别接线错误的漏电用户的目的;最后,基于已查证的含接线错误的漏电台区的实际数据,验证了所提方法的有效性。

在等电位工作状态下校准多元感应分流器

提出了在等电位工作状态下校准多元感应分流器(multiple inductive current divider,MICD)的1种方法。在校准装置中加入由跟随器和电阻组成的I/V变换器,以使MICD各支路间的电流比例与其工作状态保持一致;用参考电流互感器(CT)提供独立的参考电流,以避免影响支路电流的比例关系。在20、55、400 Hz及1 kHz下对11支路MICD校准所得10:1电流比例的比值差合成标准不确定度优于0.2μA/A,相位差合成标准不确定度优于1.5μrad。

PCB罗氏线圈电流传感器积分误差的数字补偿策略

准确可靠的开关电流信息是电力电子变换器实现闭环控制、谐波抑制和短路保护的关键要素,有利于进一步提升功率器件的可靠性。PCB罗氏线圈电流传感器因其高带宽、小体积、低成本和低侵扰的特点,具有重要的研究价值和应用前景。然而,传统积分处理电路存在漂移误差与下垂误差,严重限制了PCB罗氏线圈电流传感器的测量精度。首先,本文采用复位型积分电路以避免漂移误差的持续累积,并消除下垂误差带来的影响。同时,针对复位型积分电路存在的漂移误差与偏置误差提出一种数字补偿策略,该方案采用数字信号处理器控制数模转化模块产生模拟补偿信号,并通过高速减法器消除误差,具有补偿精度高、调整方式简单的优点,可以大幅减小积分误差造成的影响;最后,基于双脉冲测试平台分别进行双脉冲、多脉冲和短路保护实验,验证了所提PCB罗氏线圈电流传感器的性能。

基于电流检测误差补偿的嵌入式永磁同步电动机无位置传感器控制实验平台设计

对基于高频脉振电压注入法的无位置传感器控制策略而言,转速和转子位置的准确估计十分重要。在传统高频脉振电压注入法的基础上,针对电流检测误差问题,提出一种电流检测误差补偿方法。该方法在传统位置观测器的基础上,增加了参数自适应陷波器环节,通过实时参数修订,消除位置观测器中由电流检测误差引起的二次谐波,提高转速和转子位置估计的准确性。采用品质因数更高的二阶广义积分器提取高频电流,改善控制系统的动态性能。通过搭建实验平台验证了所提补偿方法的可行性。

基于电流反演的螺线管磁场模拟能力分析

为了分析螺线管对舰船磁场的模拟能力,采用等效磁偶极子阵列模型计算螺线管磁场。基于经验设置螺线管构型参数,结合船模磁场实测数据,利用最小二乘法分别基于平面磁场矢量反演螺线管定常电流、基于平面磁场标量反演螺线管定常电流、基于平面磁场矢量反演螺线管时变电流、基于平面磁场标量反演螺线管时变电流等4种方法反演螺线管电流,计算4种反演方法产生的螺线管磁场矢量、标量与船模磁场矢量、标量的相对误差。对比分析了不同反演方法的模拟能力,最后给出了螺线管模拟舰船磁场的电流反演方法。

基于母线电流重构的空心杯BLDCM无位置传感器换相误差闭环补偿方法

为精确补偿无刷直流电机无位置传感器的换相误差,分析了换相误差与重构母线电流积分的相关性,设计了母线电流重构及滤波电路,得到了双重构母线电流在每个换相周期的积分值,并以电流积分差值作为换相误差表征量建立了闭环补偿控制系统,利用控制器输出量补偿换相误差,实现了换相信号相位的高精度闭环校正。相比传统方法,所提出的硬件电路可精确构建母线电流积分,准确表征电机换相误差,提高无刷直流电机的运行效率。最后通过搭建磁悬浮飞轮系统验证了所提方法的有效性。

基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器误差分析及抑制方法研究

基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器具有结构简单、分辨率高、响应速度快和抗干扰能力强的特点。相比于增量式直线位移传感器,该类型的传感器不仅不受断电的影响,还能实现更加快速和精确的绝对定位。但是,传感器制造、安装及电信号处理等环节处理不理想会产生无效电动势,带来对极内的1次、2次和4次误差。针对上述问题,使用信号补偿的方式抑制1次和2次误差,采用空间移相的方式消除感应信号中的3次谐波,以此抑制4次误差。对优化后的传感器进行误差抑制实验,验证了误差来源分析的正确性以及抑制方法的有效性。实验表明:误差抑制后的传感器节距内误差峰峰值由32μm优化为6μm,性能大幅度提升。

基于电池电流误差的微网能量管理控制研究

为解决微电网混合储能系统中超级电容器荷电状态限值管理期间对蓄电池正常工作及直流母线电压的波动影响,笔者提出一种基于蓄电池电流误差的控制策略。通过利用超级电容器限值管理期间获得的电池电流与其实际电流之差,控制超级电容器脉冲触发控制器输入电流信号,维持超级电容器限值管理期间直流电压稳定,降低电池输出电流波动性。算例仿真结果表明,所提出的控制策略能够减缓超级电容器限值管理期间直流母线电压波动,同时能够减少电池输出电流快速波动次数,降低其工作负担。研究结果可为微电网稳定经济运行提供参考。

考虑气象参数预测误差条件分布的架空输电线路载流量概率预测方法

准确考虑气象参数预测误差是实现架空输电线路动态载流量精准预测的基本前提。通过统计与计算分析,首次发现在不同气象参数预测值与气象环境下,气象参数预测误差具有不同分布特征。然而,现有架空输电线路载流量概率预测方法并未考虑以上2种因素的影响,难以实现线路载流量的准确预测。为此,首先将气象参数预测误差分析问题构建为气象参数预测值与气象环境2种影响因素下的气象参数预测误差条件分布求解问题;其次引入Sklar定理及其Copula函数和非参数核密度估计法,构建了一种气象参数预测误差条件分布的求解方法;然后结合蒙特卡洛采样法,提出了一种考虑气象参数预测误差条件分布的架空输电线路载流量概率预测新方法。最后通过计算分析发现:相比于2种传统方法,所提方法在考虑气象参数预测值与气象环境2种因素对气象参数预测误差概率分布的影响后,预测区间覆盖率分别提高了5.51、1.99个百分点,预测区间标准化平均宽度分别降低了7.86、3.62个百分点,验证了该方法的准确性与实用性。

船用排烟管的现校管设置方案的设计研究

在建大型船舶管舾装施工过程中,由于船体误差、安装累积误差和排烟管制造误差等因素,需设置现校管。现校管设置合理与否,决定了船舶建造的施工质量和进度。为加快推进现代数字化造船模式,提前规范和研究现校管的设置方案,为后期排烟管的数字化建模提供先行依据,节约造船成本,方便施工。

基于相电流查表法的工业机器人用PMSM逆变器非线性补偿策略

针对传统方法无法完全考虑所有逆变器非线性因素的问题,提出一种基于相电流预估值查表法的误差电压精确计算方法。在综合考虑逆变器关断/开通延时、死区时间、寄生电容等多种非线性因素的影响的基础上,采用滤波后的电流指令进行误差电压查表,有效避免反馈电流引入谐波、电流钳位等干扰因素对查表法逆变器非线性补偿策略的影响。通过搭建伺服电机对托平台,验证了所提方法在工业机器人控制中的有效性。实验结果表明:与传统逆变器非线性补偿策略相比,所提算法具有更优秀的电流谐波抑制能力,可实现更优异的补偿效果,补偿后相电流THD小于1.5%。

双环椭圆传感器阵列串扰误差优化研究

阵列式霍尔电流传感器采用了无磁芯设计,解决了传统电流传感器质量大、体积大的缺点,可以有效检测电流,以达到检测、控制和保护电路的目的。然而在汽车电子、工业仪器等应用场景中,线路排布较为密集,电流传感器在采集电流时易产生串扰误差。首先利用投影法将圆形阵列转化为椭圆形阵列;然后采用双环设计,每对传感器排布在同一径上,方向相反;接着提出了一种运用于椭圆阵列传感器的串扰优化算法,以减小导体偏移阵列中心和干扰导体造成的影响;最后搭建了实验平台,对不同的传感器阵列进行了测量,对串扰优化算法进行了验证。实验结果表明,串扰优化算法可以有效抑制干扰导体产生的串扰误差,将测量误差控制在1%以内,极大地提升了电流检测精度。

基于BLDC的气象温度传感器设计与实验研究

针对自然通风温度传感器受太阳辐射影响后测量精度较差,而强制通风温度传感器功耗大、能耗浪费严重等问题,设计了一种基于无刷直流电机(BLDC),将自然通风与强制通风相结合的新型温度传感器。首先利用计算流体动力学(CFD)方法量化传感器在不同环境变量及电机转速下的辐射误差,并基于此制定电机转速的控制策略。其次利用粒子群优化的神经网络算法对仿真数据进行训练学习,并拟合成辐射误差修正方程。最后搭建户外测试平台验证新型温度传感器的测温精度以及修正方程的修正效果。实验结果表明,新型温度传感器具有较高的温度测量精度,其修正值与基准值的差值的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别为0.035℃和0.043℃。