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。

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。

注入谐波电流的长初级双边直线感应电机推力波动优化研究

长初级双边直线感应电机(DLIM)的端部效应会引起推力波动,影响电机稳定运行。为降低电机推力波动,采用注入谐波电流方法抑制纵向端部效应引起的两倍滑差频率的推力波动,推导出注入谐波电流后电机气隙磁密和电磁推力的解析表达式。求解出使推力波动分量的合成结果为0时,应注入谐波电流频率、相位、幅值的表达式,并分析注入谐波电流对气隙磁密、推力特性的影响。最后建立长初级双边直线感应电机的有限元模型,仿真计算注入谐波电流的相关参数,分析比较注入谐波电流前后气隙磁密和推力特性,并将仿真结果与解析计算结果对比,二者具有很高的一致性。结果表明注入谐波电流可大幅降低推力波动,为长初级双边直线感应电机推力波动的优化研究提供理论依据。

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。

圆筒直线感应电机电磁振动响应特性分析

针对某电磁发射用圆筒直线感应电机的电磁振动响应特性问题进行了分析。首先,建立了直线电机二维电磁场分层子域模型,通过涡流场有限元仿真验证了模型的精确性,并基于麦克斯韦张量法和洛伦兹力法推导了电磁激振力表达式,利用二维傅里叶分解得到定子电磁力时空分布特性;然后,基于有限元法构建了发射电机定子三维动力学模型,模态计算结果与试验吻合良好,采用有限元法进行电磁振动谐响应计算,结果有效性通过稳态动子堵驻通电试验得到了验证,证明了发射电机定子结构可以简化为理想薄壁圆柱壳,电磁振动响应主要由轴向呼吸模态决定;最后,基于简化模型对比分析了电磁振动响应影响因素,结果表明:电磁激振力径向分量和轴向分量均为结构响应的主要贡献源,而与电磁力波轴向模数呈负相关规律。

短初级六相直线感应电机感应电势计算方法及不对称规律研究

针对电磁发射领域短初级直线感应电机(short primary linear induction motor,SPLIM)的纵向端部效应引起的感应电势不对称现象,首先基于一维场理论分别对正序和负序电流激励条件下的SPLIM气隙电磁场进行推导及计算分析,得到气隙电磁场解析表达式,并将其计算与有限元计算值比较,结果表明,解析计算值与有限元结果精度相当。然后给出基于气隙磁密和绕组分布函数的感应电势计算方法,同时给出对称电压激励条件下初级绕组感应电势的计算流程,并通过有限元和试验进行验证。在以上分析基础上,将气隙磁密分解为基本行波磁密、入端正向行波磁密、出端反向行波磁密3部分,深入分析感应电势不对称机理以及感应电势不对称随系统设计变量变化规律。提出的基于磁密分解和绕组函数计算感应电势的方法,可为此类电机的设计、分析、控制提供一种新的思路。

基于模型法的直线感应电机最小损耗控制

为解决当前直线电机效率优化策略研究中存在的损耗模型准确性和计算复杂度难以取舍的问题,在综合考虑动态边端效应和漏感影响的基础上,对直线感应电机提出一种计算复杂度适中的新型最小损耗控制策略。选取次级磁链作为优化参数,在效率最佳运行点,再次平衡d-q轴电流。首先基于改进的双三相直线感应电机数学模型推导出一种新型稳态损耗模型,在此模型基础上设计出完整的最小损耗控制策略。以1台额定功率3 kW的直线感应电机为研究对象,仿真验证此策略较传统FOC策略,在0.2 p.u.轻载、5 m/s时减少约220 W(43%)损耗,并且显著减小了推力波动,验证了新策略的损耗降低效果。

六相直线感应电机模糊间接矢量控制

针对直线电机运行于复杂环境条件下,系统建模准确度不高,参数难以整定的问题,提出了一种适用于六相直线感应电机的模糊间接矢量控制方法;在同步旋转坐标系下对六相直线电机建模,并阐述了间接矢量控制的原理;将模糊控制算法应用于间接矢量控制中的速度环,根据位移和速度的偏差直接模糊调节给定电磁力,使得参数的整定不再依赖准确的系统模型,且参数调节更为简单;通过对隶属函数分区和采用中心法清晰化,减小了模糊控制算法的计算量,从而能够满足实时计算的要求;将所提算法在数字信号处理器(DSP)中实现,并在半实物仿真平台上验证,结果表明所提算法投入后,位移和速度误差减小都超过了65%,能够实现电机速度和位移的准确控制,且通用性好。

基于IPSO-LADRC速度环直线感应电机矢量控制研究

直线感应电机(LIM)有噪音低、振动小、反应速度快等优点,在城市轨道交通应用中日益普及,但LIM边端效应的存在及载荷变化会产生电磁扰动和负载扰动,导致速度跟踪效果不理想。针对上述问题,提出一种基于改进粒子群算法(Improved Particle Swarm Optimization,IPSO)的线性自抗扰(LADRC)速度调节器。首先建立考虑边端效应的电机等效电路模型,在此基础上,通过速度微分方程分析扰动对速度跟踪的影响机理。其次设计LADRC调节器,针对调节器参数难整定的制约问题,采用IPSO算法进行参数寻优。最后,在Matlab/Simulink仿真环境下搭建矢量控制系统。仿真结果表明,相比于其他两种调节器(PID、常规LADRC),IPSO-LADRC能够节省手动调参时间,且在速度突变、负载突变等工况下具有抗扰能力强、动态性能好等显著优势。

变极距直线感应电机控制系统建模仿真分析

由于物体弹射过程极短,传统型直线电机通过变频控制推力输出,需高性能逆变器配合,变极距长初级短次级双边直线感应电机不同弹射位置的电机极距不相等,可以保持供电电源电流频率恒定情况下,产生恒定电磁推力输出,简化直线电机控制方式,更高效地完成弹射指标任务。设计极距变化型长初级直线感应电机,完成待加速物体弹射任务,计算机建模分析恒频电流供电时的控制方式。推导在q-d-0坐标系下的电机电压、电流和磁链方程,搭建电机数学仿真模型。利用Simulink构建仿真分析模型,在不考虑外界因素的影响下,完成由变极距直线感应电机提供电磁推力的控制分析。变极距直线感应电机采用恒定电压、恒定频率电源供电,控制方式较传统电机更为简易,更有利于控制短时间弹射任务。

一种用于车载无人机弹射的直线感应电机设计

电磁弹射技术是一种高效可靠的加速驱动方式,将电磁弹射技术运用于车载无人机弹射上,具有机动灵活、通用性强等优点.首先,对车载无人机弹射的直线感应电机和端部效应进行了介绍;然后,根据无人机弹射加速指标要求,设计了一种用于车载无人机弹射用的双边直线感应电机;最后,使用有限元的方法进行了仿真,并对不同电流大小和频率下的加速过程进行了对比.仿真结果表明:该电机达到了无人机加速弹射指标要求.

基于气隙调整的中低速磁浮列车直线感应电机效率提升

文章从中低速磁浮列车整车系统层面出发,在保证列车安全和稳定的情况下,提出基于电机气隙主动调整的提升直线感应电机效率或降低其功耗和温升的方法;根据列车不同的实际工况提出3种优化策略,并利用ANSYS Maxwell电磁仿真软件,对3种优化策略下电机在全速度域内的牵引特性进行仿真分析;最后通过与列车在原控制方式下的性能进行对比分析,证明优化策略的可行性。

直线电机地铁线路感应板维护保养技术分析

本文对做好直线电机地铁线路感应板维护保养工作的重要意义进行了分析,认为该项工作具有保障地铁运行安全、提高运行效率、延长设备寿命、提高服务质量等重要作用。在此基础上,本文对直线电机地铁线路感应板维护保养的难点及原因进行了分析,并围绕物理检查技术、电气性能测试技术、电磁场测试技术、振动和噪声测试技术、热成像技术在直线电机地铁线路感应板维护保养中的具体运用展开分析,以供参考。

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。