Virtual Speed Sensorless Desired Control Strategy of Maglev Single-sided Linear Induction Motors

单边短初级长次级直线感应电机己普遍应用于低速磁悬浮的驱动系统。由于在动态纵向边端效应影响下等效电路不对称，单边直线感应电机（single-sided linear inductionmotor，SLIM）的一些参数非线性变化。传统的应用于旋转电机的无速度传感器方法不再适用。首先分析了SLIM的M／T轴等效电路，选择次级磁链作为速度观测器状态变量。根据李雅普诺夫系统稳定性判据，推导出适用于SLIM的无速度传感器辨识；然后，采用反馈广义积分观测器控制稳态辨识速度的双幅脉振幅值；引入虚拟期望变量（virtualdesiredvariable，VDV）法，利用估算速度参与SLIM的恒滑差频率矢量控制。仿真与实验对所提控制算法的有效性和实用性进行了验证，所得结论可为磁悬浮的无速度传感器控制提供参考。

Adaptive current compensation with nonlinear disturbance observer for single-sided linear induction motor considering dynamic eddy-effect

An adaptive current compensation control for a single-sided linear induction motor(SLIM) with nonlinear disturbance observer was developed. First, to maintain t-axis secondary component flux constant with consideration of the specially dynamic eddy-effect(DEE) of the SLIM, a instantaneously tracing compensation of m-axis current component was analyzed. Second,adaptive current compensation based on Taylor-discretization algorithm was proposed. Third, an effective kind of nonlinear disturbance observer(NDOB) was employed to estimate and compensate the undesired load vibrations, then the robustness of the control system could be guaranteed. Experimental verification of the feasibility of the proposed method for an SLIM control system was performed, and it showed that the proposed adaptive compensation scheme with NDOB could significantly promote speed dynamical response and minimize speed ripple under the conditions of external load coupled vibrations and unavoidable feedback control variables measured errors, i.e., current and speed.

短初级单边型直线感应电机倒梯形次级结构电磁特性研究

短初级单边型直线感应电机(SSLIM)的格栅型次级结构存在电磁推力小、法向吸力大等问题。为解决这类问题,提出一种倒梯形次级结构,将现有格栅导条矩形结构变为上表面积大而下表面积小的倒梯形结构,利用SSLIM大转差特性及由此产生的集肤效应,提高了次级感应板有效载流体积及气隙磁密。在初级结构不变的条件下,建立了倒梯形次级结构的SSLIM有限元模型,并与传统格栅型结构在稳态、起动、制动等3种运行状态下进行对比分析,验证了倒梯形结构具有电磁推力大、法向吸力小等优点。

单边直线感应电机动态最大推力输出的滑差频率优化控制

为了实现单边直线感应电机(single-sided linearinduction motors,SLIMs)的高效动态控制,提出了一种在SLIM运行过程中动态输出最大电磁推力的滑差频率优化控制方法。以SLIM的T型一相等值数学模型为基础,研究了不计及边端效应时,基于恒滑差频率的绝对最大电磁推力控制;为了减缓推力受边端效应影响而衰减的速度,研究了计及边端效应时的相对最大电磁推力变滑差控制策略。结合一台低速磁浮用SLIM,给出了涉及初次级阻抗互感的5个动态参数的离线辨识算法。实验测试表明了所提控制方法的有效性,该方法不仅能细化研究SLIM的电磁推力输出特性,还能为SLIM的滑差优化控制提供参考。

交通牵引大功率单边直线感应电机性能研究

从单边直线感应电机(SLIM)气隙磁密方程入手,引入绕组函数方法,将次级绕组分为基波和边端效应波分量。根据初级绕组分布,推导出两相静止坐标下的初级绕组函数,解出次级绕组基波和边缘效应波分量。由绕组函数理论计算出电感、品质因数、次级电阻和运动电势系数,建立电压和磁链方程。根据初次级能量转换关系,得到推力方程。通过恒流恒频下的暂态特性和几种变频模式下的稳态特性计算,比较了实际稳态运行中的大功率SLIM的相电流、推力和效率的计算值和测量值。结果表明,绕组函数法能较好地描述边端效应,得到的稳态推力、效率和试验基本吻合,并证明了暂态计算的真实性。该模型可用于电机设计和特性分析中,具有一定的实用性。

基于单神经元PI调节的直线感应电动机矢量控制系统仿真与试验

设计了一套圆筒形直线感应电动机驱动的电梯全数字变频控制系统 ,对其进行了试验。针对此试验结果和此电动机本身固有的纵向边缘效应 ,提出了一种方法并建立了此电动机的数学模型 ,对边缘效应进行补偿 ,在此基础上设计了基于速度环单神经元PI调节的以转子磁场定向的矢量控制系统。仿真结果表明 ,此系统能大大提高电梯运行性能。

考虑动态端部效应与负载扰动的单边直线感应电机预测电流补偿控制

论文提出一种针对单边直线感应电机(single-sided linear induction motors,SLIMs)的基于非线性负载扰动观测器的预测电流补偿控制策略。首先考虑到SLIM特有的动态端部效应的影响,通过跟踪补偿M-轴电流分量来维持次级磁链T-轴分量的恒定,而后在一次线性条件下,引入一阶离散泰勒级数对速度状态进行预测。另一方面将电机气隙变化与各类边端效应对电机推力输出的影响统一为系统受到负载扰动的影响,而应对此扰动,通过非线性扰动观测器,在预测前向控制通路增加了实时补偿控制量,借此提升整个预测控制系统的鲁棒特性。最后实验对所提算法的有效性进行了验证。

短初级单边直线感应电机新型等效电路

基于直线感应电机一维电磁场分析,考虑直线电机端部效应、初级端部半填充槽、磁路饱和、次级背铁电阻等影响,认为端部效应将影响电机的互感和次级电阻,对此采用系数K′x(s)和C′x(s)、Kr(s)和Cr(s)进行修正,给出计入修正系数的直线电机单相T型等效电路模型。根据功率守恒原则,对电机三相电压、磁链和电流进行派克变换,得到两相同步坐标系下的数学方程和等值电路,其形式与旋转电机相统一,有利于此类电机运行控制的实现。对电机起动点的4个校正系数、互感和次级电阻进行分析计算,并对不同工况下的推力分别进行理论研究和实验测试。测试结果与理论分析吻合较好,表明所得模型可行,具有一定的工程应用价值。

一种新型的直线异步电机参数测量方案

单边直线异步电机(SLIM)的T型电路参数是电机控制的基础,它在无速度传感器控制和在线参数辨识中更为重要。SLIM相对旋转异步电机(RIM)存在气隙大、边缘效应等,若采用RIM开路和短路试验方法,会给参数测量带来较大误差。本文提出一种适合SLIM参数测定的新型方案,只需测量电机输入端的总功率、相电压、相电流和频率4个量,计算出初级电阻、初级漏感、次级电阻、次级漏感、气隙电感和铁损电阻。电机的特性分析表明,该方法真实有效,具有一定的参考价值。

交通用大功率直线异步电动机牵引特性

从直线异步电动机二维电磁场角度入手,采用虚拟电动势法求出相电流和励磁电压表达式,接着把Maxwell电磁场方程、复功率法、保角变换法结合起来,充分考虑端部半填充槽、铁轭磁饱和、次级背铁电阻的影响,对气隙磁链方程进行推导。利用场路复量功率相等关系,本文分别求解出励磁电抗xm0、次级等效电阻r′2、次级漏抗x2、纵向边缘效应校正系数Kr(s)和Kx(s)、横向边端效应校正系数Cr(s)和Cx(s)、集肤效应校正系数Kf。在旋转异步电机T型模型基础上,利用叠加原理,本文提出一种改进的直线电动机T型等效模型。用该模型对日本12000型直线异步电动机牵引特性进行了详细分析,将其中推力、相电流、功率因数、效率变化量与日本著名学者Nonaka的空间谐波法和电机特性试验数据进行比较。结果表明,该模型真实可信,较好地满足工程应用要求,对交通用大功率直线异步电动机的设计和优化奠定了基础,具有较好的参考价值。

单边直线感应电机转子磁场定向矢量控制方法研究

单边直线感应电机运行中因次级板产生涡流而存在第二类纵向边缘效应,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低。建立了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来反应边缘效应的影响。采用转子磁链、速度和电流3个调节器,对uds,uqs,iqs进行在线解耦补偿控制。结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,较好地改善了电机的运行性能,对实际分析提供了理论依据。

单边直线感应电机法向力牵引力解耦控制

单边直线感应电机(single-sided linear induction motor,SLIM)的法向力和牵引力可以通过初级和次级磁链的幅值和夹角表示。通过选择PWM变频器最优电压矢量、改变磁链的瞬态幅值及夹角,可以实现单边直线感应电机法向力和牵引力的解耦控制。由此可以将单边直线感应电机的法向力和牵引力分别用于直线电机车辆的悬浮及牵引控制,实现不设悬浮电磁铁的直线感应电机车辆的悬浮牵引同时运行。实验结果表明,在整个运行期间,悬浮牵引兼用直线电机车辆的悬浮气隙及运行速度均能快速的跟踪给定值,体现了良好的精度和稳定性能。提出的力解耦控制方案得到了较好的验证。

一种改进状态滤波的单边直线感应电机穿越边端效应控制

单边直线感应电机(single-sided linear induction motor,SLIM)应用于中低速磁悬浮牵引系统时,因常导电磁悬浮气隙的波动而导致电机的实际机械气隙波动,从而引起电机动态等效电路相关控制参数的时变不稳定。对此该文分别将初级电流的d/q轴分量和考虑动态端部效应影响的等效互感、电阻参数作为状态观测量,进行了以内部状态互联的双观测器为基础的数学建模,同时根据观测器内部参数波动受限于局部有界的条件,从非周期和周期性时间波动两个方面进行了状态偏差的李雅普诺夫稳定性论证。另一方面,考虑到SLIM在初级电流场穿越横向铁心端部时出现的谐波扩散现象,对互联观测器内部的状态滤波器进行了改进设计,使得SLIM能直接穿越畸变电流扩散区运行而不影响电机控制系统的稳定性。实验部分对所提算法的有效性进行了验证。

单边直线感应电机最优滑差频率控制研究

针对单边直线感应电机特有的边端效应及法向力问题,以恒电流滑差频率控制为基础,分析研究滑差频率对电磁推力和法向力输出影响,实现滑差频率优化控制。以单边直线感应电机的T型等效电路为基本,并考虑直线电机边端效应影响,计算推导电磁推力、法向力与滑差频率的数值关系,结合计算机仿真验证,研究分析不同运行速度、不同电磁气隙等因素下,电磁推力和法向力的输出特性,寻找最佳滑差频率,实现磁浮列车用单边直线感应电机的优化控制。提及到的单边直线感应电机已成功运用于国内磁悬浮列车试验线之中。

基于粗糙集的适应型Petri网故障诊断模型研究

针对Petri网应用存在模型状态空间复杂度问题,提出粗糙集与Petri网相结合的诊断算法,利用粗糙集的关联规则挖掘算法将包含繁冗信息的复杂系统简化,从而解决了Petri网的状态空间随着实际系统的规模增大而呈指数性增长的"知识爆炸"问题。在Petri网的数学理论基础上,提出了改进的关联矩阵和状态方程计算方法,提高了推理搜索速度,同时将诊断问题转化为矩阵运算,使复杂的推理转变为简单的数学计算。最后将该算法应用于直线感应电机参数优化诊断实例,证明了该算法的有效性和快速性。

中低速磁浮单边直线电机设计及特性优化

为满足中低速磁浮用单边直线感应电机(single-sided linear induction motor,SLIM)的牵引制动特性要求,给出了两种备选设计方案:一种是八极-80槽(长度1 927 mm),一种是八极(虚拟9极)-89槽(长度2 047 mm).在结构空间、材料成本酌优考量的基础上,对SLIM的绕组极数、节距、匝数、槽型、布线等的快速准确定型,对两种SLIM设计方案分别进行磁路、磁势、等值电路、起动特性等的计算,给出相应的理论计算及仿真测试结果.实验结果表明:两种备选方案均能满足中低速磁浮牵引要求,其中八极-80槽已经量产化,八极-89槽可行性已被验证.对结果分析可以得知SLIM设计流程和相关特性计算方法能为中低速磁悬浮列车驱动用SLIM的优化设计提供参考,依据结构设计过程,可准确地计算出与SLIM动态控制有关的参数的静态值.

磁浮直线电机的分段最大加速度跟踪控制

单边直线感应电机(Single-sided Linear Induction Motors,SLIMs)作为中低速磁悬浮列车的驱动装置,其推力和法向力的优良控制特性以及抗干扰能力,对于列车的牵引及悬浮系统稳定高效运行极为重要。通过建立SLIM的最大加速度变电流跟踪控制模型,在加/减速区,控制SLIM以恒定最大加速度运行;在稳速区,为充分利用电机的容量,控制SLIM恒功率运行。实验验证了所提控制算法的有效性,不仅能有效研究SLIM推力特性,还能为探索磁悬浮的高效动态控制方法提供参考。

基于场路结合模型的深槽式单相直线感应电机特性研究

阐述了深槽式单相直线感应电机的结构特点和运行原理,提出了场路结合的分析模型(其中用有限元方法分析铁心叠厚范围内的磁场分布,用电路来等效初级绕组端部)。该模型包含多个电机初级和一个电机次级,既能计算电机堵动时的气隙磁场、推力、电容电压、次级的涡流功率等稳态特性,也能计算电机起动时的电流、速度、推力等动态特性;另外还可以分析电机结构参数与电容容量对电机性能的影响。分析结果表明,该电机具有起动电流小、电容电压大等特点。样机实验结果与分析结果相一致,表明了该分析模型的有效性。

单边直线感应电机纵向边缘效应的研究

单边直线感应电机(SLIM)因结构简单牢固,直接产生前进的电磁推力,在交通中得到广泛应用。由于其磁路断续,电机运行中存在横向和纵向边缘效应;次级的入口和出口因气隙磁链守恒原理会产生涡流,并随速度上升而加大。边缘效应和涡流大小对直线电机气隙磁链产生重要影响,造成气隙有效磁通和牵引力系数降低。探讨直线电机工作特点,得到了电机d-q轴等效电路,通过d轴互感和电阻变化来实时反应第二纵向边缘效应和次级涡流的影响。结合旋转电机转子磁场矢量控制方法,建立了对应的SLIM控制方程。采用转子磁链、速度和电流三个调节器,提出了uds,uqs,iqs实时在线解耦补偿控制方法,对SLIM的推力、d-q轴电压、d-q轴磁链等进行调节和控制,对d轴互感大小进行限制。结果表明,该方法在电机速度突变时减小了力矩脉动,定子电流过渡平滑,速度平稳,改善了SLIM的运行性能,为电机实际运行分析提供了理论依据。

基于单神经元PI调节的直线感应电机矢量控制系统

本文设计了一套圆筒形直线感应电机驱动的电梯全数字变频控制系统 ,对其进行了试验。并针对此试验结果和此电机本身固有的纵向边端效应 ,提出一种方法建立了此电机的数学模型 ,对边端效应进行补偿 ,并设计了基于速度环单神经元PI调节的以转子磁场定向的矢量控制系统 ,仿真结果表明 。