Single-acting double-stator multi-pumps and multi-motors

We investigated a series of novel motors and pumps with a new structure called double-stator. Double-stator can be used as pump or motor just for the working condition on demand. A certain amount of pumps or motors are formed in one shell and these subpumps or submotors can work alone or in company without influence on other pumps or moters. This kind of double-stator pumps (motors) are called multi-pumps (multi-motors). Through the analysis of multifarious connection modes of single-acting double-stator multi-pumps and multi-motors, the mathematical expressions of output flow rate, rotational speed and torque are acquired. The results indicate that different flow rates can be provided by one fixed displacement double-stator multi-pump system under the condition of an unalterable driven speed. Likewise, under the terms of a fixed input flow and without complex variable mechanisms, the functions of double speeds, multiple speeds and even differential connection can be realized by a double-stator multi-motor system with various output rotational speeds and torques.

Mechanism of hybrid-magnetic-circuit multi-couple motor

Discusses the interval between laminations in a permanent magnet inductor motor which makes the air gap magnetic field produced by the permanent magnet very uneven in the axial direction, and limits the performance of a motor. Proposes a hybrid magnetic circuit multi couple motor to compensate for the uneven air gap magnetic field, thereby improving the performance of a motor.

Multi-physics analysis of permanent magnet tubular linear motors under severe volumetric and thermal constraints

Permanent magnet tubular linear motors(TLMs) arranged in multiple rows and multiple columns used for a radiotherapy machine were studied. Due to severe volumetric and thermal constraints, the TLMs were at high risk of overheating. To predict the performance of the TLMs accurately, a multi-physics analysis approach was proposed. Specifically, it considered the coupling effects amongst the electromagnetic and the thermal models of the TLMs, as well as the fluid model of the surrounding air. To reduce computation cost, both the electromagnetic and the thermal models were based on lumped-parameter methods. Only a minimum set of numerical computation(computational fluid dynamics, CFD) was performed to model the complex fluid behavior. With the proposed approach, both steady state and transient state temperature distributions, thermal rating and permissible load can be predicted. The validity of this approach is verified through the experiment.

Multi-motor Drive System Based on Adjacent Coupling Error Strategy

A new control strategy named adjacent coupling error strategy is proposed to multi-motor drive system. The adjacent coupling error control scheme is developed considering the tracking speed error in one motor and the synchronous error among adjacent motors simultaneously. In the strategy, due to non-linear effects of the two mentioned errors to the motion control of motor i, an adaptive fuzzy logic controller is designed to decide the control variable of the motor drive system. The multi-motor drive system is modeled and simulated by SIMULINK. The simulated researches show that the proposed strategy improves the synchronization, stabilization, and convergence of the multi-motor system.

Multi-objective Optimization of Differential Steering System of Electric Vehicle with Motorized Wheels

A differential steering system is presented for electric vehicle with motorized wheels and a dynamic model of three-freedom car is built.Based on these models,the quantitative expressions of the road feel,sensitivity,and operation stability of the steering are derived.Then,according to the features of multi-constrained optimization of multi-objective function,a multi-island genetic algorithm(MIGA)is designed.Taking the road feel and the sensitivity of the steering as optimization objectives and the operation stability of the steering as a constraint,the system parameters are optimized.The simulation results show that the system optimized with MIGA can improve the steering road feel,and guarantee the operation stability and steering sensibility.

球形电动机及其研究发展综述

球形电动机是一种具有球体结构的新型电动机,可单机实现在三维空间内的多自由度运动,且适合应用于人工智能及姿态控制系统动量球等相关领域,得到了各国学者的广泛关注与研究。球形电动机拓展了转子运动范围,是电动机行业未来的一个重要发展方向。与传统单自由度电动机相比,球形电动机结构较为复杂,且运动模式较为特殊,因此,对球形电动机的分析研究有别于传统单自由度电动机。该文整理各国学者对球形电动机的研究工作,总结归纳球形电动机的概念及发展历程,对比研究球形电动机不同的工作原理、拓扑结构及设计优化方法,探讨球形电动机的性能、转子位置检测方法、控制方法、转子支撑方式、应用场合及关键技术,最后总结球形电动机的未来发展趋势。

基于信赖域模型管理技术的永磁同步电机多目标优化

针对永磁同步电机多目标优化过程中要反复调用耗时的仿真分析且在整个设计域构建代理模型精度低的问题,提出基于信赖域模型管理技术的永磁同步电机多目标优化算法,该算法将整个设计域划分为一系列信赖域,在信赖域上构建径向基函数代理模型并采用微型多目标遗传算法近似优化,降低多目标优化中代理模型的精度要求。通过代理模型与电磁仿真模型的近似程度来调节信赖域的大小,通过缩放和平移信赖域,引导各个电机目标性能逐步逼近Pareto最优前沿面,加快收敛速度。为了进一步减少有限元仿真次数,引入遗传智能布点技术,通过样本遗传策略,遗传落在下个信赖域上的样本。通过算例验证了该算法具有较强的求解永磁同步电机多目标优化问题的能力及较高的求解效率。

虚拟直流电机荷电状态均衡控制

新型电力系统的惯性低,虚拟直流电机控制可以加强系统惯性和阻尼。多储能变换器应该考虑荷电状态(State of charge,SOC)均衡问题,提高系统稳定性。针对虚拟直流电机控制的多储能SOC均衡问题,利用直流电机机端电压和电枢电流的下垂特性,提出引入SOC离差及变均衡系数的变电枢电阻控制;针对下垂引起的电压偏移问题,采用虚拟直流电机转速补偿,用母线电容瞬时功率替代传统虚拟直流电机控制中电压PI控制,给定系统功率需求,减少比例积分环节个数。以两台蓄电池为例,在Simulink中进行仿真,并与参考文献的变电枢电阻函数对比可知,所提控制策略可抑制直流母线电压跌落,调节SOC均衡过程,提高其均衡速度和精度。

基于GABP-NSGA-Ⅱ的开关磁阻电机系统级多目标优化设计

为提升开关磁阻电机(SRM)的系统驱动性能,提出一种基于遗传算法(GA)优化反向传播(BP)神经网络和非支配排序遗传算法(NSGA-II)相结合的多目标优化设计方法,旨在降低其转矩脉动、提高其平均转矩和效率。通过灵敏度分析,选择对开关磁阻电机优化目标影响较大的3个本体参数(匝数、转子极弧系数、气隙)和两个控制参数(开通角、关断角)作为决策变量,采用有限元分析、GA-BP法建模和NSGA-II算法进行多目标寻优,得到最优解。仿真结果表明,运用GA-BP-NSGA-II优化设计方法对提升开关磁阻电机的系统驱动性能有显著效果。

基于磁耦合谐振的多自由度电机无线电能传输

针对多自由度电机无线电能传输中传输效率较低的问题,提出基于磁耦合谐振的多自由度电机无线电能传输方法。该方法根据共振原理构建磁耦合谐振式无线电能传输模型,通过反射系数描述阻抗匹配状态,获取最佳负载阻抗;采用混沌优化算法优化电机线圈损耗率,实现多自由度电机无线电能传输优化。实验结果表明,应用该方法后,多自由度电机的电能输出功率达到了893 W,传输效率提升了0.10以上,提高了电能输出功率和传输效率,方法有效,具备可行性。

基于RSM-正交法的磁障式直线永磁游标电机的设计与优化

针对直线永磁游标电机的损耗问题,提出一种磁障式拓扑结构。通过在次级的凸极齿加入隔磁磁障,使次级对磁通的流动具有导向作用,减少涡流损耗,提高电机的磁场调制能力。在此基础上,设计一种磁障式直线永磁游标电机,采用响应面(RSM)-正交法对电机的推力性能进行优化。首先,通过对电机进行灵敏度分析,确定显著变量。其次,根据RSM法建立优化目标响应与显著变量之间的拟合模型,并对其拟合精度进行评估。最后,基于该模型进行正交试验,根据正交试验的数据进行极差分析,得到电机的最优结构参数。有限元实验结果表明,采用RSM-正交优化方法的电机性能得到大幅提高,并且可以节省优化时间,提高优化效率,对直线永磁游标电机的设计与优化有重要的参考价值。

基于TOPSIS优化永磁同步电机预测控制成本函数

针对多目标约束条件下,为永磁同步电机预测控制算法成本函数选择适当的权重因子,提出了一种逼近理想解排序法(TOPSIS)优化成本函数的优选顺序方法改进权重因子的选择。首先,采用TOPSIS选择一个最接近理想控制动作的正解和最远离理想控制动作的负解,对成本函数中的控制变量进行优先级排序,以确保在每个采样持续时间内选择最佳控制措施。其次,根据上一时刻的最优控制状态,将预测的下一个切换时刻状态用于成本函数优化,从而减少了预测控制算法的计算持续时间。仿真和实验结果表明:与传统预测控制方法相比,基于TOPSIS的预测控制在具有较小开关频率的稳定操作下降低了电磁转矩和磁链的纹波,并且能够有效抑制电流脉动,降低算法的复杂度和计算量,提高了永磁同步电机控制系统在实际中的运行性能。

小麦机械化匀播控制系统设计与试验

针对播种作业均匀性差的问题,设计基于STM32单片机的小麦机械化匀播控制系统,通过轮式机器人变速作业,并依据轮式行驶机器人实时行驶速度,控制排种电机转速,实现变速匀播。采用多级控制直流电机转速,一级控制参数为轮式行驶机器人实时行驶速度信号,采用PID控制;二级控制参数为排种器电机实时电流和转速,采用模糊PID控制。控制算法仿真结果表明,该控制算法响应时间短,超调量小,控制效果良好。播种试验结果表明,轮式行驶机器人恒速状态下的播量控制精度达96.8%,变速状态下的播量控制精度达95.1%。

聚磁式永磁轮毂电机多目标优化设计

集成二级行星减速器轮毂驱动系统对电机电磁和力学性能提出了更苛刻需求。为进一步提升永磁轮毂电机转矩密度和弱磁范围,提出一种聚磁式永磁轮毂电机拓扑结构,分析转子关键参数对转矩密度、弱磁能力和转子强度的影响规律,确定电机初始优化目标;进一步利用有限元及响应面法构建输出转矩、特征电流及转子应力的代理优化模型,并利用改进布谷鸟算法进行多目标优化设计;对比分析优化前后电机电磁和机械性能。最后,试制75 kW聚磁式永磁轮毂电机,试验结果验证所提多目标优化算法的可行性和有效性。

数控机床伺服驱动系统的多电机同步控制策略

以数控机床伺服驱动系统的多电机同步控制为研究对象,提出了一种基于多交流伺服电机的同步控制策略。此策略将虚拟主轴和偏差耦合的同步控制方式相结合,并加入反向传播神经网络比例积分微分控制以及自适应鲁棒控制。通过搭建Matlab/Simulink仿真平台模拟了系统的运行状态。结果表明,所提同步控制策略具有良好的同步性能和伺服效果,在提高多电机联动系统的控制精度和响应速度、减少摩擦和齿隙的影响以及增强系统鲁棒性方面表现出优越性。

基于四配流轴向柱塞马达的制动能回收方法

针对大惯性回转机构在制动时,动能都以热能的方式损失的问题,提出一种四配流轴向柱塞马达和蓄能器结合的制动能回收方法。不同体积、初始压力的蓄能器对惯性负载的回转制动能的回收和再利用的效果不同,为寻求较合理的蓄能器参数以达到较高的能量回收效果,手动调整仿真参数较为繁琐,提出采用基于多核CPU的快速并行优化方法用于蓄能器参数优化。首先,大惯性负载的驱动机构采用四配流轴向柱塞马达,其能量系统回收模型在Simulation X搭建,进而导出成具有CVODE求解加速的可执行程序,脱离仿真软件平台,在Windows操作系统独立运行;然后,利用导出的可执行程序与VC++进行二次开发,以微粒群算法解决特定工况下蓄能器选型的问题,充分利用多核CPU实现并行优化以提高仿真速度。仿真结果表明,在特定负载下得到优化后的蓄能器的参数,蓄能器回收并释放的能量占惯性动能的24.5%,回收油液全部得到释放。采用基于多核CPU的并行优化方法,仿真效率提高了10倍以上,该方法对系列化液压产品的快速开发具有一定的借鉴价值。

基于FPCB绕组的导管泵用电动机设计及损耗分析

基于无槽无刷直流电动机具有体积小、功率密度高、无齿槽转矩的特点,采用柔性印刷电路板(FPCB)技术设计了一种导管泵用无槽无刷微型直流电动机,提出了基于3D多物理场耦合模型分析方法,对导管泵用无槽无刷微型直流电动机进行了损耗分析和优化设计.结果表明:导管泵用无槽无刷微型直流电动机的铜损占整个电动机损耗的88%左右,是导致电动机发热的主要原因;在温度场仿真中,温度变化会改变电动机损耗,影响电动机输出转矩;在流场仿真模型中,电动机温度会使人体血液温度升高,影响血液相容性;流动的血液会带走部分热量,降低电动机温度;绕组优化后的导管泵用电动机输出转矩得到提高,损耗得以降低.