Application of Neuro-Fuzzy Estimation for Rotor Flux in Speed Vector Control of Bearingless Induction Motor

The main requirement of a vector controller is knowing the magnitude and position of the rotating flow in the rotor. This feature permits to use either flow sensors or flow estimators. The solution chosen was the estimation of rotor flux with the hybrid neuro-fuzzy system. The motor characteristics are： 3.75 kW （5 HP）, two pole-pair, operate at 60 Hz and air-gap length 0.2 mm. The ANFIS （adaptive neuro-fuzzy inference system） was used to tune the membership functions in fuzzy system. The hybrid estimator aims at compensating possible parametric variations of the machine caused by agents, such as temperature or nucleus saturation. The simulated results have shown good performance.

An Observing Method for Flux and Speed with Direct Torque Control

An observing method for stator flux and rotor flux is presented. Based on the proposed flux observing method, a novel speed estimator has been designed. At last, the speed estimator combined with the flux observing is applied in the direct torque control system without speed sensor. The simulation results show that these methods can improve the accuracy of speed observing and the low speed performance of direct torque control system, and strengthen the robustness of system.

一种自适应扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无位置传感器矢量控制

在粗差干扰或噪声统计偏差情况下,扩展卡尔曼滤波(EKF)对永磁同步电机(PMSM)的速度和转子位置估计存在精度下降问题,为此提出一种基于新息序列的自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)。首先,将粗差干扰加入系统观测方程中,分析粗差干扰对系统观测精度的影响。其次,为增强算法的抗扰性能,在新息协方差计算中设置加权系数,通过调整临近时刻的新息协方差阵权重,计算出新息协方差值,并更新到卡尔曼增益的计算。最后,建立AEKF数学模型,并对比粗差干扰与噪声统计出现偏差情况下,AEKF与EKF两种策略的观测性能。仿真和实验结果表明,在粗差干扰或噪声统计信息出现偏差情况下,AEKF算法对永磁同步电机转速的观测具备更强的鲁棒性及更高的预测精度。

风电机组自适应步进惯量控制策略

若风电机组参与调频时采用步进惯量控制(stepwise inertial control,SIC)策略,其退出调频时有功快速下降可能会引发系统频率二次跌落(frequency second drop,FSD)问题。已有文献中一类改进的SIC策略通过减小风电机组退出调频后有功下降阶段的斜率来应对FSD问题,然而该类改进的SIC策略使得风电机组在退出调频后其有功需要一段时间才会小于风能捕获,在此期间转子转速会继续下降并有可能低于转速下限,危及风电机组运行安全。文章对这一类改进的SIC策略做了进一步完善,提出了一种风电机组自适应SIC策略,根据风电机组退出调频时的转子转速自适应设置风电机组退出调频后有功下降阶段的斜率,在确保风电机组退出调频后转子转速不会低于转速下限的前提下,最小化FSD的幅度。

计及风力发电机转速安全约束的DFIG一次调频模型预测控制策略

针对传统方法控制双馈感应发电机(DFIG)的调频效果过于依赖参数整定的问题,该文提出了一种基于模型预测控制(MPC),计及转速安全约束的风力发电机参与一次调频控制策略。该方法结合风力发电机动力学模型与频率响应模型建立预测模型,通过线性回归方法变参考值将风力发电机转速的稳定性纳入考虑。相较于虚拟惯性控制等方法将系统频率偏差与转子动能直接关联,该文方法通过建立全新的预测模型,实时统筹考虑整个系统的状态信息,无需反复调整参数,在考虑转速安全性的同时兼顾全局性能。最后,通过实际算例分析验证了该文调频策略的有效性以及相对现有方法的优越性。

基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略

为解决传统永磁风电机组高电压穿越控制策略存在超速脱网风险问题,提出一种基于桨距角控制的高电压穿越控制策略。高电压穿越期间,首先,按照并网要求向电网提供无功支撑;其次,考虑转子转速限制,当转子转速达到参考值时启动桨距角控制,抑制转子转速上升;最后,通过仿真试验,验证了所提控制策略的有效性。基于桨距角控制的永磁风电机组高电压穿越控制策略,既能向电网提供无功支撑,又能避免超速脱网。

吸振器与球平衡器并用控制转子不平衡振动的理论研究

球式自动平衡器(Automatic Ball Balancer,简称ABB)可以在临界转速以上区域完全消除转子未知不平衡量,但其缺点是在临界转速附近会引起大振幅的共振响应和不稳定振荡。为此增加动力吸振器(Dynamic Vibration Absorber,简称DVA)来克服其缺点,改善其抑振性能。以Jeffcott偏心转子模型为研究对象,根据拉格朗日方程建立了吸振器、球平衡器单独使用以及两者结合使用时控制转子不平衡振动的动力学方程,使用谐波平衡法理论求解新耦合系统的振幅表达式,并分析各参数对稳态幅频曲线的影响规律以获得较合适的参数,采用龙格-库塔数值方法计算得到稳态幅频特性图和瞬态振幅时域变化曲线。对比结果表明,两种手段并用的新方案有效降低了转子经过临界共振区时的振动水平,并使转子在临界转速以上区域衰减为零振幅,达到了融合两者优点的目的,具有更优良的抑振效果。

考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制

当系统出现频率跌落时,变速抽蓄机组可大幅降低转速、迅速释放转子动能,从而为系统提供惯量支撑,但目前已有的调频方案未能有效发挥变速抽蓄机组的这一优势。为充分利用转子动能,提出一种考虑不对称转速边界约束的变速抽蓄机组综合惯量调频控制策略。首先,从变速抽蓄机组的有功支撑特性和不对称转速约束条件出发,得出适用于变速抽蓄机组的最优频率控制结构,该结构中包含两个时间常数不同的虚拟惯量控制环节。然后,分析各惯量控制环节的作用并整定相关参数。在此基础上,计及变速抽蓄机组运行特性与电力系统调频需求,设计了变速抽蓄机组不对称综合惯量控制策略,使得机组转速降低时可以为系统提供更大的惯量支撑。仿真结果表明,所提调频策略能够充分发挥变速抽蓄机组的优势,维持系统频率稳定。

面向风电机组转速量测信号缺失的弹性控制策略研究

随着风能利用规模的不断增长,风电机组通信系统的脆弱性逐渐暴露,通信链路中时常出现一些故障或拒绝服务攻击,导致量测信号缺失。针对风电机组中转子转速量测信号缺失的问题,提出一种切换型弹性控制策略。首先,建立风电机组系统动态及故障/拒绝服务攻击模型;然后,设计神经网络观测器用于补偿故障/攻击造成的转子转速量测信号缺失;最后,设计切换型弹性控制策略以缓解故障/攻击影响,并基于FAST软件中1.5 MW风电机组进行实验验证。实验结果表明,所提弹性控制方案对于减轻故障/攻击影响、保证转子转速输出跟踪性能、延长风电机组正常使用时间具有显著的优势。

直升机变旋翼转速技术研究现状

直升机具有垂直起降、悬停和低空机动飞行的独特优势,在军用和民用航空领域发挥着重要作用,然而低速、高油耗、短续航和高噪声等不足制约了其应用市场拓展。根据飞行工况变化动态调整旋翼转速的变旋翼转速技术能较大程度上克服上述不足,提升直升机的综合性能,因而成为当前直升机领域重要的研究课题。目前,在变旋翼转速对直升机具体性能的影响、变旋翼转速的优化与控制、因使用变旋翼转速技术衍生的控制和变旋翼转速的实现等问题的研究仍面临着诸多挑战。基于此,文中综合了国内外变旋翼转速技术的研究成果,着重从变旋翼转速对直升机性能的影响、变旋翼转速的优化与控制、变旋翼转速技术的实现3个方面阐述了变旋翼转速技术的研究发展现状,并对其进行归纳和展望,旨在为高性能直升机变旋翼转速技术的发展提供有价值的参考。

基于转子极性判断优化的脉振高频电压注入法

在永磁同步电机零速和低速运行时,采用脉振高频注入法能够准确估计转子位置信息。针对脉振高频注入法无法实现转子极性判断,而传统极性判断方法存在响应时间长、采样和实施过程复杂以及极性误判等问题。文中提出了一种基于正负电压脉冲注入的电机转子极性判断方法。该方法给电机注入正负电压脉冲,并根据对应脉冲的响应电流峰值判断转子极性。脉振高频注入法将转子位置估计值和极性判断结果相结合,可得到准确的转子初始位置。文中通过Simulink仿真验证算法的有效性。仿真结果表明,所提转子极性判断方法能够简化采样方式和算法复杂性,降低判断转子极性的响应时间,使脉振高频注入法能够准确和快速地估计转子初始位置。

共轴高速直升机/发动机交联控制方法研究

针对常规的旋翼总距前馈方法难以有效实现共轴高速直升机/发动机快速交联控制的问题,本文提出并设计了适用于共轴高速直升机/发动机的新型交联控制方法。首先,基于共轴高速直升机/发动机综合仿真平台,揭示不同运行工况下,共轴双旋翼、推力桨操纵输入、发动机燃油输入变化规律;其次,在此基础上,提出了综合考虑共轴双旋翼、推力桨桨距的增益自调节交联控制方法,并针对不同的运行工况,开展了数值仿真验证。结果表明,在中等、高速度飞行时,相比于常规的旋翼总距前馈,新型交联控制方法可使动力涡轮转速的超调与下垂量减小36%与70%,可使直升机/发动机快速交联控制品质更优,进一步提升直升机/发动机综合系统的控制品质。

异步牵引电机全速域转子磁场定向校正策略及应用

大功率异步牵引系统通常采用间接矢量控制,磁场定向易受转子电阻影响,且高速方波区采用标量控制。针对此问题,提出了一种分段转子磁场定向校正方法,即在非方波区采用不同坐标系下观测电磁转矩差异性去补偿转差频率;在方波区采用基于q轴电流误差补偿转差频率。其中,磁链观测采用BPF(带通滤波器)电压模型法,可消除采集电流直流偏置及初值误差。针对牵引控制系统双中断架构特点,提出了一种通过定时器中断中指令电压幅值及载波中断中实际电压角度重构电压的方法,提高电压重构准确度的同时易于工程化实现。最后,通过仿真和实验,验证了该方法可对转子电阻变化引起的磁场定向偏差实现全速域定向校正。

地铁轨道牵引电机轴承柔性转子过临界转速自动控制

当电机运行在高速状态时,受地铁轨道牵引电机转子的挠度和静态蠕变性能影响,会使运行超过临界转速,使得转子振动加剧或产生共振现象,导致振动幅度增加。在此情况下,瞬时性转子转速的计算难度较高,难以准确判断转子是否达到或接近临界转速,无法实现对转子振动的主动控制。为此,提出地铁轨道牵引电机轴承柔性转子过临界转速自动控制方法,利用测量得到的转子瞬时转速,判断柔性转子的稳定性状态,实现过临界转速自动抑制。利用传递矩阵法计算出柔性转子的各阶临界转速;将磁电式转速传感器安置在柔性转子系统上,通过A/D采样法采集传感器输出的单个周期脉冲方波,获得柔性转子的瞬时转速;当瞬时转速达到临界转速时,采用线性自抗扰控制器,计算其控制律,实现对柔性转子的转速控制。试验结果表明,该方法的转速测量精度高,转子振动控制性能好,具有较强的抗扰动能力。

城轨车辆电制动性能优化控制策略研究

针对城市轨道交通车辆启停频繁的特点,为实现精准停车、提升乘坐舒适度、降低损耗、节约能源等目的,文章提出一种异步电机纯电制动至零速停车的控制策略。在车辆运行全速范围内,利用数据与模型双驱动技术预测车辆最大可用减速度;在车辆电制动低速区段,设计减速度控制器针对电机制动转矩指令值进行实时调节;采用离散化闭环全阶转子磁链观测器辨识电机运行频率,从而利用辨识频率值替代速度传感器采集频率值完成停车过程。最终,通过半实物仿真平台和车辆运行试验证明上述研究策略的有效性。

Sensorless Vector Control of Parallel-Connected Multiple Induction Motors Fed by a Single Inverter

A method of improving the stability of multiple-motor drive system fed by a 3-leg single inverter has been devised that employs the averages and differences of estimated parameters for field-oriented control. The parameters of each motor (stator current, rotor flux, and speed) are estimated using adaptive rotor flux observers to achieve sensorless control. The validity and effective of the proposed method have been demonstrated through simulations and experiments.

考虑不变桨风速范围的风电机组有功功率控制

对于现有基于风轮被动变速的有功功率控制(APC)方法,桨距角改变仅发生在风轮转速达到转速边界时,而且由于其根据反馈控制律调节,被动变速风轮桨距角设定具有很强的随机性。研究发现,桨距角会明显改变被动变速风轮的动态特性,随机设定的桨距角难以适配实际风速的波动范围,引发风轮超速和电磁功率跌落。为此,文中基于不变桨风速范围指标,建立被动变速风轮桨距角与风速变化范围之间的适配关系,并提出考虑不变桨风速范围的风电机组APC方法。该方法通过增加桨距角设定环节,动态设定适配风速波动范围的桨距角,可克服现有APC方法中桨距角设定的随机性,从而降低风轮达到转速边界的频次,缓解风轮超速和电磁功率跌落。最后,基于风电机组动模实验平台的实验验证了所提方法的有效性。

基于变系数PI控制的双馈风电机组自适应转速恢复策略

针对现有的双馈风电机组转速恢复策略无法兼顾抑制频率二次跌落和转速恢复性能的问题,提出一种基于变系数PI控制的转速恢复策略。首先,揭示转速恢复策略启动时刻、有功减载量对频率二次跌落和转速恢复性能的影响机制;其次,提出基于定系数PI控制的双馈风电机组转速恢复策略,初步实现有功减载量以“先抑后扬”的输出方式进行转速恢复;然后,针对基于定系数PI控制的转速恢复策略的不足,根据不同运行工况,将PI控制系数与风机转速建立耦合关系,提出基于变系数PI控制的自适应转速恢复策略,实现了在兼顾抑制频率二次跌落的同时,保障转速恢复性能;最后,通过EMTP-RV软件搭建不同扰动、风电渗透率的电力系统模型,验证了所提策略的有效性。

直升机气动噪声抑制与飞行测试研究进展

直升机在军用和民用领域发挥着越来越重要的作用,新的旋翼技术和构型不断出现,对直升机噪声研究需不断深入和更新。本文首先概述了旋翼(尾桨)的噪声产生机理和传播规律,并扩展到存在复杂气动或噪声干扰的共轴刚性旋翼高速直升机和倾转旋翼机;接下来介绍了直升机飞行噪声测量进展,已发展成多种测量方式作为降噪设计的验证和评估手段;然后综述了降噪设计技术的发展现状:旋翼被动降噪技术已在直升机领域得到大量应用,直升机噪声水平稳步降低;变转速控制技术和低噪声轨迹优化技术逐渐走向成熟;旋翼主动降噪技术更多地停留在实验室阶段,尚需在驱动装置、控制规律等方面开展进一步研究。最后总结了直升机降噪设计现状,并展望了未来发展方向。

考虑机组稳定约束的风机一次调频控制策略

新能源高占比电力系统迫切需要风电机组参与一次调频。对于一类基于风轮动能释放的风机一次调频控制,由于风轮转速降低且电磁功率调节服务于电网调频,其设计关键在于协调自身稳定与电网支撑。现有研究通过将输出电磁功率设定为与风轮转速正相关的变量来提升调频风机的稳定性,但其实质上不是闭环反馈控制。该文发现面对实际湍流风速,风机在渐弱阵风阶段启动调频依然存在失稳风险。为克服变化风速下调频风机的失稳问题,该文首先分析变化风速下参与一次调频风机的稳定边界及其失稳机理;此基础上,提出附加闭环转速控制环节的风机参与一次调频改进策略。最后,基于含风电的电力系统动模实验平台,验证该文提出的改进策略能够有效保证变化风速下参与一次调频风机的稳定运行。