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。

高速磁浮动车直线电机（LIM）三维法的特性计算

介绍一种计算误差较小的，新型的三维空间谐波分析法。着重阐述其特性计算公式的导出以及气隙磁密的空间分布、实例计算的分析等。

Single neuron network PI control of high reliability linear induction motor for Maglev

The paper deals with a new model of linear induction motor (LIM) to improve the reliability of the system. Based on the normal equation circuit of LIM considering the dynamic end effect, an equivalent circuit model with compensation of large end effect is constructed when the end effect force at synchronism is of braking character. The equivalent circuit model is used for secondary-flux oriented control of LIM. Single neuron network PI unit for LIM servo-drive is also discussed. The effectiveness of mathematical model for drive control is verified by simulations.

A novel method to calculate the thrust of linear induction motor based on instantaneous current value

Because of the end effect, a linear induction motor （LIM） runs in an asymmetrical state even though the winding of each phase is symmetric. Based on the basic principle of the LIM, a new approach was proposed to calculate the thrust of the LIM using the instantaneous current value. A three-phase LIM model with 12 slots and a singlelayer winding was designed to validate this method. The experiments show that when the current is small, the calculated results basically agree with the experiments. The agreement becomes worse with the increase of the current because of the saturation of the primary iron core. The proposed formula is suitable when the iron core of the LIM primary is in an unsaturated state.

Transformer Characteristics of Linear Motor-Transformer Apparatus

The characteristics of linear transformer are studied analytically. The transformer is composed in one of modes of linear motor-transformer apparatus proposed for future wireless light rail vehicle (LRV). The secondary (onboard) power factor can be adjusted at any value by an onboard converter. The equivalent circuit is used to study the transferred power control. The parameters are determined by three-dimensional finite element method (FEM) analysis for one pole-pair model. Under the rated primary (input) and secondary voltage and current, which are specified for linear motor operation, the characteristics of the secondary power factor are cleared. It is also shown that the input capacitor can improve the primary power factor and decrease the input power capacity, but does not change the efficiency. This linear transformer has the efficiency of 91% and the input power factor of 0.87 when the apparatus without input capacitor is controlled at the secondary power factor of 0.4.

基于Backstepping理论的直线牵引电机无速度传感器控制

在动态边端效应的作用下,直线牵引电机参数会发生显著地变化,导致无速度传感器控制性能恶化。该文以中低速磁悬浮列车直线电机为研究对象,利用backstepping控制理论和MRAS相结合的速度辨识方案实现高性能直线电机无速度传感器矢量控制。首先,给出以定子电流、转子磁链为状态变量的直线电机状态空间模型;然后,在状态空间模型的基础上引入附加状态变量,改写直线电机状态方程;利用backstepping控制理论设计含有校正项的直线电机观测器模型,并以观测器模型作为可调模型,以电机实际模型作为参考模型,建立速度辨识的模型参考自适应系统,并采用李雅普洛夫稳定性理论得到速度辨识算法。最后,对该方案进行仿真及硬件在环测试,结果验证了该方案的可行性。

无槽双边长定子直线感应电动机磁路计算方法

该文介绍了一种应用于电磁发射领域的新型无槽双边长定子短动子直线感应电动机,针对该新型电机结构特点,提出适用于该新型直线电机的分布磁路计算方法,在已知电机激磁电流的前提下,对电机沿长度方向进行等间隔分块处理,对相邻等分节点构成的闭合磁路进行磁压降计算,得到关于各等分节点气隙磁密的线性方程组,通过对铁心磁导率进行迭代计算获得各节点的气隙磁密值。在此基础上,由气隙磁密计算绕组磁链,绕组磁链与激磁电流的比值即为对应的电机电感。与有限元计算结果和实验结果的对比,验证了该文提出的磁路计算方法的正确性。

双初级耦合直线感应电动机研究

为提高可靠性和冗余性,可以将直线感应电动机的初级按照上下方向布置m台并联运行,且m台初级共用1个次级。这样即使一台初级发生故障,仍可以通过另外m?1台初级过载完成预先设定的任务。对双初级耦合直线感应电动机(m=2)的模型及性能进行了研究,分析了双初级的耦合关系及其对电机等效电路和参数的影响,在此基础上对不同工况下的端口电压、电磁推力等性能进行分析计算。计算和实测结果表明,双初级直线电机同时通入同相电流时,推力大于2台初级单独工作时的推力之和,而端口电压低于单独初级工作时的电压,效率和推力密度与单初级电机相比有所提高。

电磁发射用直线感应电机位置检测系统关键技术研究

电磁发射用直线感应电机采用基于传感器阵列的位置检测系统。该系统以电感式接近开关作为位置传感器并构成传感器阵列,通过电涡流效应感应动子运动并生成相应位置信号。利用位置算法对位置信号进行计算可以实时准确地得到动子位置。设计了位置检测系统的基本原理和拓扑结构,提出系统的参数设计方法。深入研究位置传感器的工作机理,建立传感器内部参数与输出特性的数学模型,分析了适用于电磁发射工况的传感器参数条件。进行位置传感器的性能测试,并在此基础上研制了实际的位置检测装置。通过实际发射平台验证,所设计的位置传感器和位置检测系统能够较好地实现电磁发射特殊工况下的动子位置测量并顺利完成发射任务。

大功率直线感应电动机推力脉动研究

直线电机边端效应是由定子铁心、次级开断所致的固有效应,该效应会引起电机电磁推力的不同频率的脉动。本文首先基于电磁推力公式对边端效应所致的推力脉动频率进行了理论分析。然后利用一维磁路法对动态纵向边端效应引起的次级感应涡流沿轴向的分布规律进行了理论分析和解析计算,根据次级感应涡流进而计算得到了动态纵向边端效应引起的转差频率两倍频推力脉动幅值的解析表达式,并得到了推力脉动幅值和不考虑边端效应时的电磁推力值的比例关系,最后通过峰值功率20 MW,最大出力900 k N的大功率直线感应电动机实验系统对分析结论进行了试验验证。理论分析和试验结果表明:计及边端效应时直线电机电磁推力存在供电频率两倍频和转差频率两倍频的脉动,其中转差频率两倍频的脉动由动态纵向边端效应导致,主要和次级极数以及转差频率有关。

对称电流激励长初级直线感应电机推力波动研究

直线感应电机受纵向边端效应影响,推力将产生波动。该文首先对推力波动产生的原因进行了定性分析,推导出推力存在明显的两倍供电频率和两倍转差频率波动,并指出通过控制初级电流对称,将消除由初级电流负序分量引起两倍供电频率推力波动。从一维电磁场分析出发,对比了初级坐标系和次级坐标系两种推导途径,指出初级坐标系下选取边界条件应注意的问题。基于次级坐标系,推导出对称电流激励下推力的时谐解析表达式,得到了推力各分量的转差特性,指出该文研究的直线电机适宜运行在低转差率状态。最后利用直线加速平台进行试验验证,实验结果和理论计算吻合较好。

周期脉冲式直线感应电机定子瞬态温度特性

采用合理的等效原则,将电机定子的铁心和绝缘层视为一种等效材料,从一维瞬态温度场模型出发,研究了周期脉冲式直线电机定子温度的变化规律,分析了影响其温度衰减时间常数的主要因素;利用瞬态温度场模型的解析结果,提出了瞬态热网络模型结点数目的确定方法,通过该热网络模型能够快速预测定子温度的变化;研究了温度变化对线圈损耗的影响,并利用实验数据验证了计算模型的正确性,为周期脉冲式电机定子温度的分析计算提供了一种简化有效方法。

计及铁心饱和直线感应电动机模型及参数研究

在整体尺寸受限的大载荷运输场合,为提高直线感应电动机的功率密度和推力密度,电机需要运行在大电流(10 kA以上)工况,此时电机铁心处于饱和状态。对铁心饱和直线感应电动机的模型进行了理论分析,并利用试验摸索了铁心饱和规律,得到了铁心饱和程度随电流增大而增加,随转差频率增大而减弱的结论。在铁心饱和规律的基础上,利用最小二乘法分别基于实测电磁推力频率曲线和端口电压实测曲线对不同饱和工况下的激磁电感和定子漏感进行辨识。上述规律的正确性、参数辨识方法的可行性及精度通过峰值功率为100 MW、最大出力为400 kN的大功率直线感应电动机实验系统进行了验证,为铁心饱和直线感应电动机的模型和参数的精确获取提供了参考。

直线电机轨道交通车线耦合模型的动力响应研究

首先介绍轨道交通的特点,并以广州城市轨道交通4号线所采用的车辆、转向架和直线电机形式为原型建立了车线耦合动力学模型,并在同样的计算条件下,通过与ADAMS中的铁路分析模块ADAMS/Rail进行比较,验证了该模型的正确性。文中以线路设计参数中的缓和曲线和超高为例,分别仿真了横向位移、横向力、脱轨系数、轮重减载率等振动特征量在不同线路设计参数情况下的动力响应。通过分析计算结果,尤其针对幅值及趋势变化,并对照传统计算方法得出的线路设计参数取值,给出了针对广州市直线电机轨道交通4号线的线路设计参数建议值。可以得到按照传统方法计算得出的线路设计参数偏于安全的结论,与采用直线电机轨道交通方式可以更好通过小半径曲线和较大坡度线路相吻合,为我国今后直线电机轨道交通建设在确定合理线路设计参数方面提供理论依据。

直线电机轨道交通系统的地面电阻制动仿真

通过对列车进行的牵引计算、对地面电阻制动的功率确定和地面电阻制动斩波器的设置计算机仿真分析,介绍直线电机驱动城市轨道交通列车起制动频繁,为了减少车载设备,降低列车重量,减少直线电机功率要求,以及地铁隧道内的温升,所以采用地面电阻制动。

基于全阶状态观测器的直线牵引电机励磁电感在线参数辨识

直线电机在运行过程中,在动态边端效应的作用下,电机参数会发生改变,导致控制性能恶化。该文以中低速磁悬浮列车直线电机为研究对象,以提高直线电机矢量控制性能为研究目标。首先,给出直线电机在α-β坐标系下的数学模型,推导以定子电流、转子磁链为状态变量的状态空间方程;然后,建立直线电机的全阶观测器模型,并详细推导得到增益矩阵;在此基础上,以状态空间方程作为参考模型,以全阶状态观测器模型作为可调模型建立模型参考自适应系统,并选择波波夫超稳定性理论作为自适应律,得到直线电机励磁电感在线辨识算法,并实现直线电机运行在不同工况时励磁电感的在线辨识。最后,将该辨识算法进行仿真及实验验证,结果验证了该算法的正确性。

长初级双边直线感应电机制动特性研究

长初级双边直线感应电机(double-sided linear induction motor,DSLIM)制动时短次级作用区域与未作用区域的气隙磁场不同,造成的纵向动态边端效应对电机制动性能产生一定影响。该文建立长初级DSLIM解析模型,在考虑电机横向边端效应与纵向动态边端效应的基础上,推导长初级DSLIM回馈制动与直流能耗制动时气隙磁密和制动力解析公式,分析长初级DSLIM随滑差率、品质因数、次级速度、次级电阻等参数变化下的制动特性,定量分析纵向动态边端效应对回馈制动与直流能耗制动的不同影响。研究显示电机回馈制动时的纵向动态边端效应在滑差率接近零时变小,直流能耗制动时的纵向动态边端效应在最大制动力时最强,通过增加次级作用区域极数和电机低滑差率制动能有效抑制纵向动态边端效应。建立了一台实验样机三维有限元模型,进行了仿真与实验,结果验证了长初级DSLIM制动特性计算方法的准确性与实用性。

基于空间矢量调制的异步电机直接转差线性控制(英文)

由于直接转矩控制策略对定子磁链和电磁转矩采取非线性滞环控制,电机的电磁转矩、磁链幅值、相电流存在稳态误差。该文提出基于空间矢量调制的异步电机直接转差线性控制策略(direct slip linear control based on space vector modulation,DSLC-SVM)。该策略不含坐标变换,无电流环,只需辨识定子磁链。与传统直接转矩控制策略相比,由于对转差进行直接线性控制,DSLC-SVM策略可以减小转矩和磁链误差,降低相电流的总谐波失真(total harmonic distortion,THD)。比较了2种控制策略改变转差的能力,通过对比实验,验证了该文所提算法的正确性和可行性。

结构参数对高温超导直线感应电机电磁性能的影响

设计了一种新型高温超导直线感应电机,初级线圈为Bi-2223/Ag高温超导线圈,采用单层整距集中绕组结构排列。高温超导直线感应电机临界电流的大小主要由电机初级槽漏磁通密度决定,电磁力的大小主要由空气主磁通和次级感应板涡流决定。电机结构参数对电机磁场的分布影响很大。使用有限元法比较分析了恒流条件下电机槽宽、槽高和绕组匝数对电机稳态和瞬态电磁性能的影响,研究了电机结构参数对电机最大槽漏磁通密度、电机推力和电机垂向力的影响。

基于SVPWM的直线电机地铁的驱动控制

地铁列车用直线感应电动机(LIM)驱动,具有转弯半径小、爬坡能力强、结构简单、体积小、维护少、运行可靠等众多优点,已经在城市轨道交通中得到了很好的应用。为进一步推广、应用直线电机地铁,介绍了一条自主设计的直线感应电动机驱动的地铁试验线。采用无线遥控控制,设计了基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的控制系统,在实验室中进行了模拟试验。试验结果表明该套控制系统能满足机车在试验线上运行时的各种工况并可靠地工作。