交流电机理论磁角新概念

引入了交流电机理论中的磁角概念,具有三个好处:有助于准确理解电角概念;有助于准确理解空间矢量和时空矢量图;有助于达成电磁对应,从而产生形式美感。

基于最小磁角的抗干扰水下仿生导航研究

针对无先验磁图条件下,水下潜航器运动随机性过强,导致其易陷入局部极值区域的问题,开展水下抗干扰仿生导航研究。考虑到水下导航的精准性,提出了一种基于最小磁角的抗干扰仿生导航算法。该方法利用当前位置磁场矢量与目的位置磁场矢量的关系,得到下一个位置的最优估计值,通过磁角的大小评价导航路径的优劣性,建立运动趋势性,从而避免潜航器陷入地磁异常区域。通过在正常磁场和异常叠加场上分别进行仿真实验并对比分析,得到最大位置偏差为0.17,且前进趋势不受磁异常区域干扰,验证了该方案的有效性。

纳米径向偏振光栅的法拉第磁光角测量系统

为了实现法拉第磁光角的直接观测,设计了一个基于纳米径向偏振光栅的法拉第磁光角测量系统。介绍了法拉第磁光角测量系统的检测原理、光路设计以及操作步骤,并搭建了仿真和实验平台对系统的可行性进行验证。结果表明,该系统不仅能够实现0°~360°法拉第磁光角的测量,还能够呈现磁场作用下法拉第磁光角的动态变化过程。该系统有助于学生掌握法拉第磁光角与磁场的直接关系,加深对法拉第效应的理解与认识。

电子磁罗盘航向角误差推导及分析

在不考虑罗差影响的前提下,针对产生磁罗盘航向角误差的因素以及各因素的影响程度进行了计算及分析。首先介绍了磁罗盘的工作原理,在此基础上推导了磁航向角误差的计算式,该式表明磁航向角误差与当地磁倾角、载体俯仰角、载体航向角、水平姿态误差有关。基于该式对一般环境下磁航向角误差的仿真结果表明:当磁倾角为45°、水平姿态误差均不超过±0.5°时,磁航向角误差不超过±1°。进一步分别对各误差因素的影响进行了仿真分析,结果表明在高纬度地区或载体具有运动加速度时使用磁罗盘容易造成较大的磁航向角误差。车载实验结果验证了所推导公式的有效性。

三轴电子罗盘的磁航向角误差补偿研究

针对某水下运载器中罗盘的工作状态,提出了适合于水下工作的电子罗盘的误差补偿方法。通过分析误差产生的原因,结合实际情况,提出将补偿区间分段的方法,在各个区间分别进行最小二乘误差补偿。实验结果表明:采用分段补偿的方法可以有效补偿小区间误差,能够将最大误差降低到0.3°之内,提高其磁航角的精度,满足高精度导航系统要求。

绝对式多极磁电轴角编码器的设计

为了实现多对极磁电式轴角编码器的高分辨率绝对式检测并降低其成本,基于改进格雷码构建了一种新型多极磁电轴角编码器模型,提出一种基于校准查表的信号处理方式,以消除磁场非线性和装配误差对测量精度的影响。设计了两个由永磁体磁环构成的码道:粗码道,根据改进格雷码生成N和S极充磁顺序,采用圆周均匀分布的线性霍尔元件得到转子所处磁极区域的绝对偏移量;细分码道,N和S极等距间隔排列,定子上3个线性霍尔元件将磁信号转换为电信号,查表得到转子于所处信号周期内的相对偏移量。在离线状态下,用高分辨率的增量式光电轴角编码器进行校准,对其A/B相脉冲输出和磁电式轴角编码器的霍尔信号同时采样并上传到计算机进行高精度信号重构,得到标准角位移和霍尔信号映射关系,通过单片机的自编程技术将数据存储于主控芯片中固定地址以供查表;角位移检测状态下,根据霍尔信号查表得到绝对角位移。根据上述原理研制出12极磁电式轴角编码器样机,实现了分辨率为±0.72′,精度达±1.2′以下的单圈绝对位置检测。该编码器通过增加磁极数还可进一步提高测量精度。

126kV真空断路器永磁摆角电机操动机构的设计与动态特性分析

为提高断路器的可靠性并结合高压开关设备的智能化发展方向,针对126 kV真空断路器设计了一种新型永磁摆角电机驱动操动机构。根据126 kV真空灭弧室的性能要求对该操动机构进行了运动学分析,提出驱动电机的设计参数,采用场-路-运动耦合法对驱动电机的动态性能进行了有限元分析,在此基础上建立了断路器的虚拟样机模型并对其动力学特性进行仿真研究。基于仿真结果制成了永磁摆角电机操动机构样机并与真空断路器进行了联机分合阐操作试验。试验结果表明,永磁摆角电机操动机构能可靠实现126 kV真空断路器的分合闸操作并能满足断路器灭弧室的速度特性要求,验证了操动机构设计的合理性。此外,仿真计算与试验结果基本吻合,验证了仿真分析的正确性。

一种改进型超前角弱磁控制算法

针对表贴式永磁同步电机弱磁控制中随负载增大易产生的速度响应动态过程电流震荡,速度稳态误差和稳态时速度波动变大的问题,本文在分析传统超前角弱磁控制算法原理的基础上,将动态和稳态性能变差的原因分别归结于SVPWM逆变器电压输出能力不足和弱磁阶段的电压闭环控制,提出一种改进型超前角弱磁控制算法。此方法采用一种运算量小的SVPWM过调制算法,同时使用q轴电流误差闭环代替电压闭环的弱磁控制策略。实验结果表明,改进型超前角弱磁控制算法可以有效地减小动态过程的电流震荡,避免加载时的稳态速度下降,且稳态速度波动小,从而提高了表贴式永磁同步电机弱磁阶段的带载能力。

电动汽车用永磁同步电机的超前角弱磁控制

针对电动汽车用内置式永磁同步电机系统,采用超前角弱磁控制的方法来控制永磁同步电机。首先给出了永磁同步电机的数学模型,然后阐述了超前角弱磁原理,并详细给出了基于矢量控制的超前角弱磁控制方案。最后仿真和实验结果表明,转速稳定上升,运行平稳,弱磁算法有效。

Ba取代对Sr-Ca-La-Co系六角铁氧体的微结构及磁特性的影响

采用Ba部分取代Sr制备（Ca0.37La0.38Sr0.25-yBay）Fe10.4Co0.24O19（y=0~0.04）铁氧体,研究了样品的磁特性和微结构。当y=0时,预烧样品在1250℃保温1.5h可形成单一的M相,比饱和磁化强度（σs）和矫顽力（Hcj）达到最大,分别为67.82 A·m2/kg和383.8kA/m。少量Ba（y≤0.04）取代Sr元素时,预烧样品依然为单一的M相。随着Ba2＋取代Sr2＋的增加,预烧样品的比饱和磁化强度（σs）上升,在y=0.04时达到最大,从67.82A·m2/kg增加到69.53 A·m2/kg,矫顽力略有下降。当烧结温度为1170℃（保温1.5h）时,样品的剩余磁化强度（Br）随着y的增加而上升。在y=0.03时获得最佳磁性能,Br=450mT,Hcj=412kA/m,（BH）max=38.2 kJ/m3,通过Ba元素取代,能同时提高Br和Hcj。但取代量过多时Br和Hcj会下降。

削角永磁磁极的计算极弧系数确定

将解析法和有限元法相结合 ,利用有限元法得到确定不削角永磁电机计算极弧系数的普遍适用曲线 ,利用解析法将削角等效为气隙的增大 ,然后利用前面的曲线确定计算极弧系数。工程实际中的应用证明该工作是正确。

内埋式PMSM模糊PI超前角弱磁控制算法研究

内埋式永磁同步电机运行过程中,由于电流变化导致的参数变化使得转矩和速度波动加大;模糊控制有利于提高系统的稳定性,且不依赖系统参数,将模糊控制引入到内埋式电机的超前角弱磁控制中,电流环采用模糊PI调节器代替传统PI调节器,构建了模糊PI超前角弱磁算法;仿真结果表明,模糊PI超前角弱磁算法补偿了从电流相角偏移,提高了超前角弱磁控制过渡时相角稳定性;与传统PI比较,电机输出转矩波动减小7%,速度波动减小1%,鲁棒性增强。

基于电流矢量角的IPMSM最大转矩电压比深度弱磁控制

电机处于高速轻载工况下,为了使电机效率最佳,需要控制电机电流工作点从最大转矩电压比(MTPV)轨迹沿着电压极限椭圆切换至普通弱磁区。基于直轴电流差的MTPV控制算法能够实现该电流轨迹控制,但是切换过程不平滑,伴随着电流和转矩震荡。在超前角弱磁法的基础上,提出一种基于电流矢量角的MTPV控制算法,利用电流矢量角查表得到MTPV轨迹上的电流矢量幅值,以此作为约束条件来实现MTPV控制,由于未使用开关来完成电流轨迹切换,MTPV轨迹至普通弱磁区实现平滑切换,电流和转矩平滑过渡。Matlab/Simulink仿真验证了所提算法的有效性。

机载FMS航路管理磁航向角计算方法研究及SCADE建模实现

飞机从一个航路点向下一个航路点飞行时,需要准确知道飞机的应飞磁航向角。由于地球是一个复杂的椭球体,飞机在飞行时,正北方向在逐渐变化,加上磁差的影响需要不断地对应飞航向角进行实时修正准确计算,才能准确到达下一个航路点。通过对磁航向角计算原理方法进行了深入研究,考虑到地球不同位置地球半径不同影响、磁差的影响,改进了磁航向角计算方法。利用基于模型开发的SCADE Suite对算法进行了算法建模与仿真,结合杰普逊航图上航路实际数据,分别在中国、美国进行了实际仿真验证,并与传统计算方法结果进行了对比。结果表明:提出的磁航向角计算方法能够更精确计算飞机的应飞航向角,相比传统方法计算精度进一步提高。

异步电机精准磁场定向控制策略研究

针对传统的矢量控制方法存在参数易漂移、磁场定向不准的问题,提出了一种基于电机转子磁链位置角的磁场定向校正方法,实现异步电机精准磁场定向控制。具体实现方法为在原有的矢量控制模型下,加入前馈解耦,由解耦后的电机模型推算出转子磁链位置角用以补偿转子时间常数,使电机能够保证精准的磁场定向。仿真和实验结果表明:提出的基于转子磁链位置角的磁场定向校正算法能准确地辨识出转子时间常数,实现异步电机精准磁场定向控制,改善电机的控制性能。

混合永磁记忆电机全速域分段调速方法

针对钻机顶驱永磁电动机电能消耗大、退磁风险高、高效率调速范围窄等问题,提出以混合永磁记忆电机(HPM-MM)为核心的新型直驱式变频顶驱系统.根据HPM-MM不同磁化状态下永磁磁链与转速的对应关系,结合永磁体在线写极与超前角弱磁协调控制,使HPM-MM在具备永磁同步电机的优良特性外,还可以实现大范围平滑调速控制.通过计算转折速度划分运行区域,将运行区域分为恒转矩低速区和恒功率高速区.低速区使电机处于正向饱和充磁状态获得最大输出转矩.高速区包括弱磁Ⅰ区和弱磁Ⅱ区,弱磁Ⅰ区通过电机低矫顽力磁钢分段调磁实现高效调速;弱磁Ⅱ区采用超前角弱磁控制,通过重新分配定子电流进一步拓宽电机调速范围.该方法有效结合了HPM-MM本体的在线调磁与驱动协调控制能力,仿真分析验证了理论结果的有效性与可行性.

永磁同步电机的无速度传感器直接转矩控制

在高性能的永磁同步电机控制系统中,机械传感器的存在会使系统的成本增加,可靠性降低,容易受到外部环境的影响。在叙述永磁同步电机直接转矩控制原理的基础上,采用了一种基于转子磁链的转速估计方法,该方法根据定子磁链角和负载角确定出转子磁链角,进而估计出电机的转速。仿真和实验结果验证了该方法能够在电机全速范围内准确地估计出转速,具有优良的动静态性能,适合于永磁同步电机的直接转矩控制。

微航姿仪的磁力计标定算法及误差补偿研究

针对目前磁力计标定算法中存在磁干扰或噪声导致航向角测量误差等问题,提出了一种改进的磁力计标定算法。该算法考虑磁力计安装误差和外界磁干扰,提出改进的磁力计误差模型;同时运用BP神经网络训练软磁干扰下的磁航向与真实航向之间的非线性关系,降低了非线性误差。通过仿真和实验验证,算法有效地解决了磁力计误差补偿问题,降低了软硬磁干扰对航向角的影响,得到较精确的航向角,误差范围在±1°内,证明了改进误差补偿算法的可行性和有效性。

一种改进型PMSM弱磁控制策略的研究

PMSM是一个非线性、强耦合的多变量系统,控制系统易受到外界扰动或电机内部参数发生变化的影响。在分析传统PI控制器弱磁方案的基础上,将模糊智能控制理论和简化的SVPWM过调制算法引入到永磁同步电机弱磁控制系统中,实现了逆变器全范围电压的输出,提高了系统的稳定性和抗干扰能力。针对传统的直接把负向直轴电流叠加到直轴上的弱磁控制策略引起的交轴电流变化滞后于直轴电流变化的缺点,提出采用电流超前角的弱磁控制方式来保持直轴电流和交轴电流同时变化,保持电流轨迹平整。最后,通过仿真分析和实验分析验证了系统算法的有效性。

基于模糊滑模切换控制的PMSMS弱磁调速控制策略

针对表贴式永磁同步电主轴(PMSMS)弱磁控制方案中,主轴系统调速性能欠佳的问题,提出一种基于模糊滑模切换控制(FSMSC)的超前角弱磁调速策略。在转速误差大于设定阈值时,使用模糊控制器实现主轴转速快速趋近给定值,利用模糊控制的特点对控制器进行实时的参数调整,使系统具有更强的鲁棒性;在转速误差小于设定阈值时,使用趋近律滑模控制器提高系统抗干扰能力,减小加工过程中因负载突变造成的加工误差,进一步增强系统鲁棒性。实验结果表明,基于FSMSC的超前角弱磁调速策略能有效抑制定子电流震荡以及电磁转矩脉动,并且控制器对抖动因子参数敏感性低,参数调节便捷,在实际加工中具有重要意义。