基于扩展卡尔曼滤波的直线感应电机速度观测

为解决在直线感应电机(linear induction motor,LIM)高性能闭环控制系统取消速度传感器后,速度闭环中缺少速度反馈信息问题,在考虑LIM边端效应前提下,实现了一种基于扩展卡尔曼滤波算法的速度观测器。首先,基于考虑边端效应的三相LIM数学模型,推导出具有合适增益和协方差更新矩阵的扩展卡尔曼滤波观测器,并基于LIM的矢量控制系统,将观测器辨识的速度参数反馈到速度闭环系统中。然后,在Simulink中搭建带有速度观测器的LIM矢量控制系统模型,对观测器的辨识速度和电机实际速度进行对比。结果表明,利用辨识速度进行闭环控制可以保证系统稳定运行。在3种负载情况下,观测器的预测速度和实际速度之间的误差在0.51%~2.34%之间。对系统多种动态性能进行分析可知,基于扩展卡尔曼滤波观测器的LIM矢量控制系统,随着负载增大,预测速度的误差增大,推力误差减小,磁链幅值误差略微增大。因此,在考虑边端效应情况下,基于扩展卡尔曼滤波的观测器可以代替速度传感器实现空载和带载时的三相LIM控制。

基于模糊扩展卡尔曼的直线感应电机无速度传感器控制

直线感应电机(linear induction motor,LIM)可实现无接触、无摩擦的直线运动,具有爬坡强、横断面小、低噪音等优势,在中低速磁悬浮与城市轨道交通中被广泛应用。其中,基于观测器的电机无速度传感器矢量控制方法,是解决速度传感器成本高、可靠性低、维护难等问题的有效途径。针对LIM速度辨识受系统内外扰动影响导致观测精度下降问题,提出基于模糊扩张卡尔曼滤波(Fuzzy Extended Kalman Filter,FEKF)的速度观测方法,提高观测器鲁棒性。首先在αβ坐标系下建立考虑动态边端效应的LIM数学模型,利用LIM的实时电流和电压作为输入信号,以电流、磁链和速度作为状态变量,推导出基于扩展卡尔曼滤波(extended kalman filter,EKF)观测器电机状态空间方程的离散模型,利用EKF对LIM的速度和磁链进行在线观测,并用于实现LIM的矢量控制。其次,为提高EKF的噪声协方差矩阵Q对LIM系统内外扰动的鲁棒性,引入模糊控制方法对矩阵Q进行自适应调整,实现速度与磁链的估计精度。具体通过计算系统理论残差与实际残差的偏离程度得到噪声调节因子,实时调整噪声协方差矩阵Q,并在下一周期更新模糊扩展卡尔曼的反馈增益矩阵,提高对速度与磁链的估计精度。之后对系统的能观性与FEKF的收敛性进行分析,探明矩阵Q中各参数的边界及整定规律。最后通过仿真和硬件在环实验验证所提FEKF优化算法的有效性,结果表明FEKF能有效提高对LIM速度辨识准确性,实现LIM无速度传感器矢量控制。

多相直线感应电机PWM谐波电流计算及分析

PWM谐波电流是引起电机高频振动的主要原因,准确且快速的PWM谐波电流计算是分析电机高频振动的关键。为此,针对直线感应电机电磁场特性,提出了多相直线感应电机PWM谐波电流解析计算方法。首先,根据直线感应电机在高频激励下的电磁场特性建立高频等效电路拓扑;其次,建立直线感应电机的二维电磁场模型,并基于能量法计算高频等效电路参数;再次,分析了PWM谐波电流与绕组电流相位、谐波电流阶次以及谐波电流频率之间的关系;最后,基于静态堵驻实验,验证了计算方法及结论的正确性。相比于有限元方法,该方法极大地减小了时间成本,适用于电机优化设计阶段,且同样适用于旋转电机。

基于改进互联型全阶观测器的直线感应电机在线参数辨识

由于直线感应电机特殊结构和动态边端效应等影响,其励磁电感和次级损耗电阻的变化机理和规律复杂,为提高观测器对励磁电感和次级损耗电阻的辨识精度和性能,提出一种基于改进互联型全阶观测器的直线感应电机双参数在线辨识方法.首先,根据考虑动态边端效应的直线感应电机T型等效电路,建立双参数变化的电机状态空间方程,并分析参数变化及耦合特性对电机极点影响;其次,为减小参数耦合对辨识精度的影响,建立双参数互联的低耦合辨识模型,完成互联型全阶自适应观测器设计,采用Popov超稳定性理论推导励磁电感和次级电阻在线辨识的自适应律,实现双参数在线辨识;然后,为提高观测器的稳定性和收敛速度,结合新型极点配置法完成反馈增益矩阵的推导与设计;最后,搭建仿真模型和硬件在环辨识模型进行实验验证.结果表明:新型全阶自适应观测器在启动加速阶段时励磁电感和损耗电阻辨识误差在0.01%左右;在负载动态时损耗电阻辨识误差在0.03%左右.

考虑边端效应及参数变化的直线感应电机MRAS速度观测方法

以轨道交通直线感应电机(Linear Induction Motor,LIM)牵引驱动系统速度观测器为研究对象,针对边端效应及电机参数变化导致辨识结果实时性、鲁棒性不足的问题,提出一种基于二阶超螺旋滑模的改进模型参考自适应系统(Model Reference Adaptive System,MRAS)速度观测方法。首先,以计及动态边端效应的初次级电压电流磁链方程为核心,设计直线感应电机标准MRAS速度观测器,降低边端效应对速度辨识性能的影响。然后,进一步分析初级集肤效应和初次级横向错位对标准MRAS速度观测器辨识性能的影响。在此基础上,基于二阶超螺旋算法对MRAS参考模型进行改进,利用主滑模面和辅助滑模面对次级磁链观测的干扰项进行补偿,同时抑制由于滑模算法引入的系统抖振,提高了速度观测器的鲁棒性和动态性能。最后,搭建仿真和硬件在环实验环境进行算法验证。实验结果表明:励磁互感及其他电机参数随边端效应修正因子变化,标准MRAS观测器在突加负载、引入测量误差和电机参数突变的工况下,速度辨识误差明显;改进的MRAS观测器能够实现直线感应电机速度的快速、准确辨识,基于该速度观测器的矢量控制策略,在突加负载、引入测量误差和电机参数突变的工况下,控制性能满足设计要求。研究结果能为轨道交通直线感应电机无速度传感器牵引驱动系统的研究提供一定借鉴。

浅谈直线电机感应板的快速施工方法

本文旨在探讨感应板安装施工的工艺改进,讨论了旧工艺的缺点,提出了新型的施工工艺。本文重点强调了感应板高程精调的方法及精度,确保满足质量要求;同时通过分析减少施工人力的需求,用以降低施工成本;并讨论了在工序的合理转换及产品合格率的提升后,提高整体施工功效。摘要强调了质量、功效、成本在感应板施工工艺改良中的核心地位。

基于在线运行条件下的直线感应电机电磁力特性分析

文章对中低速磁浮列车用直线感应电机电磁力特性相关磁路计算原理进行了分析,建立了电磁计算模型,推导了综合考虑电机横向、纵向边端效应时电机推力和法向力的计算表达式,并结合在线运行条件,分析了气隙、转差频率和电压等对电机推力和法向力的影响。最终,通过试验验证了模型的准确性。

考虑纵向动态边端效应的短初级直线感应电机等效电路改进模型

直线感应电机由于纵向动态边端效应的存在,在运行过程中会产生附加损耗和附加力,使得电机性能表现变差。针对该问题,本文从传统等效电路出发,通过在原有励磁支路上添加并联边端效应支路的方式,构建了考虑纵向动态边端效应的短初级直线感应电机等效电路改进模型,并推导了边端效应支路上的电磁参数。试验结果表明,本文提出的等效电路改进模型与传统等效电路相比,推力计算误差更小,验证了本文提出的改进模型准确性。

大气隙直线感应电机的力特性分析

大气隙直线感应电机(气隙长度大于10mm)目前已经在地铁、轻轨中得到了很好的应用,在过山车、海盗船等大型游乐设备中也有很好的应用前景,其推力与法向力特性对系统性能很重要。该文介绍了该类电机的结构与设计所用的传统等值电路。通过实验证明,等值电路对计算电流与推力仍然有效,而法向力的计算与纵向边端效应对气隙磁场的影响则需要建立在有限元数值分析方法基础上;在此模型基础上分析了推力、法向力与电机初级电流大小、电流频率、气隙长度之间的关系。结果表明大气隙直线感应电机的法向力与推力之比小于普通直线感应电机,因此法向力基本不影响应用系统。该文的结论为此类电机的设计与应用提供依据。

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。

多段初级直线感应电机静态纵向边端效应研究

多段初级直线感应电动机(linear induction motor,LIM)由于在通电初级绕组外还存在较长的不通电初级铁心,因此这种结构的直线感应电动机的磁场边界条件与传统直线感应电动机不同,静态纵向边端效应对电机性能的影响也存在较大差异。从多段初级LIM的三相互感不平衡现象及规律出发,依据电磁场理论和ANSOFT有限元计算2种方法对电机的不对称机理及影响因素进行分析,并重点考虑了静态纵向边端效应对该类电机的电磁推力、轭部磁场和电机电磁参数带来的影响。针对分段初级LIM样机进行了实验研究,实验结果与理论分析吻合。结论为此类电机的设计与应用提供了理论依据。

直线感应电机推力和法向力的解析计算与分析

针对直线感应电机特有的边缘效应对气隙磁场引起的畸变以及法向力不易解析计算的问题,通过电磁场分析量化表征纵向边缘效应对磁场的负面作用,并使用有效初级绕组相感应电势的方式得到等效系数。对导磁层和导电层的横向边缘效应,分别给出了相应的修正系数。给出计算直线感应电机运动方向磁密与法向力的解析方法。仿真计算与实验结果的比较表明:该方法能够准确定量计算不同气隙和供电频率下的推力和法向力的变化曲线,通过推力与速度、推力与气隙、法向力与速度等曲线,计算方法物理意义明确、计算简单,能够满足工程计算的需要。

基于绕组函数法的大功率单边直线感应电机牵引特性研究

将麦克斯韦方程和绕组函数法相结合,得到单边直线感应电机(single linear induction motor,SLIM)的初级、次级基波和边端效应波绕组函数。由绕组函数理论计算出电感、运动电势系数,建立电压和磁链方程。由初、次级能量关系得到推力方程并进一步求解相关特性量。对不同工况的暂态和稳态特性进行分析。将大功率电机全过程中相电流、推力、效率的计算值与测量值进行比较。试验结果表明,绕组函数法能较合理地描述SLIM特性,具有一定实用性。

双定子直线感应电机饱和特性分析

基于电磁场理论,提出一种双定子直线感应电机电感饱和特性的理论计算方法。该方法利用简化的多折线来近似实际的铁心磁化曲线,基于该简化磁化曲线,利用磁路法计算了电机的铁心磁阻及气隙磁阻,并将铁心磁阻折算到气隙磁阻中,推导出一种计及铁心磁阻的电机等效饱和气隙表达式,利用该式可方便的计算出电机饱和电感。另外,该文将三维有限元计算和理论解析计算相结合,有效的计及了电机端部线圈对饱和的影响。最后,建立了双定子直线感应电机的耦合饱和模型,并通过实验验证了模型的有效性。

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。

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。

长定子直线感应电机饱和特性和非线性计算

提出了一种应用于电磁发射场合的新型无槽双边长定子直线感应电机,该电机取消了传统电机的齿槽结构,增大了电机定子绕组的导电面积,降低了电机损耗和温升。基于电磁场有限元仿真计算得到了电机定子漏感和励磁电感的饱和特性,给出了电机非线性工况的计算方法。实验结果和计算结果的比较验证了计算方法的正确性。

基于解耦策略的直线感应牵引电机法向力自适应最优控制

中低速磁悬浮列车和部分地铁车辆均采用直线感应牵引电机作为驱动机构,该电机特有的边缘效应和法向力对直线感应牵引电机的效率以及性能均产生很大的负面影响,因此直线感应牵引电机采用常规的电传动控制策略并不能取得良好的控制效果。该文充分考虑边缘效应的影响,建立了直线感应牵引电机的数学模型。将推力与磁通进行解耦,并分析磁通、推力与电流控制环节的非线性与时变性,提出了神经自适应控制的设计方法。分析了法向力的组成与特性,得出其数学表达式,以推力与磁通解耦为基础,结合最优化理论,考虑多个优化目标建立损耗最小函数,实现直线感应牵引电机的损耗最优控制。计算机仿真与实验对所提控制策略与传统控制策略进行对比,验证了该方法在典型工况下的有效性。

动态边端效应补偿的直线感应电机磁场定向控制

研究直线感应电动机动态边端效应特性可知,电机次级涡流是产生动态边端效应的主要原因。建立包含电机动态边端效应的同步坐标模型,实现直线感应电机间接磁场定向控制。为消除边端效应对推力和动态过程的影响,随着电机速度增加,对励磁电流分量进行动态补偿,获得了较快的动态响应速度,稳态精度高、超调量小。试验结果表明,进行励磁电流补偿的间接磁场定向控制能够实现高性能的直线感应电动机控制。

直线感应电机间接磁场定向悬浮牵引联合控制

基于气隙磁密分析,建立了适用于间隙变化的直线感应电机动态数学模型以及推力和法向力表达式。针对直线感应电机的运行状况,分析了法向力的排斥力分量和吸引力分量的特点,提出了一种新颖的基于间接次级磁场定向的推力、法向力独立控制策略。仅仅依靠单边直线感应电动机,实现了静态和动态稳定悬浮、以及悬浮状态下的稳定牵引运动,并在一台直线感应电机模型车辆上进行了实验。实验结果表明,提出的解耦控制方案对直线感应电机的悬浮牵引联合控制具有良好的效果。