抗阻式颈部康复机器人系统设计

已有颈部康复设备负载精度差且负载调节时间长,为此基于抗阻康复训练治疗理论设计新的颈部康复机器人系统.设计机械结构,使电机输出的拉力转换成颈部的抗阻负载.将控制系统分为控制模块与算法模块,提高系统的流畅性和稳定性.利用磁场定向控制算法实现电机力矩的精准控制,为颈部康复训练提供稳定可控的拉力.设置拉力传感器和姿态陀螺仪传感器,防止使用者头颈部姿态错误或未知事故.统计10名受试者使用所设计系统进行颈部康复训练的评估参数,并对统计结果进行分析.仿真测试显示,磁场定向控制算法能够提高负载精度并缩短调节时间;负载测试与仿真测试结果的一致性验证了控制方案的可行性.系统性能测试表明,所设计的颈部康复机器人的拉力控制误差不超过0.59 N,响应速度为0.53 s,达到临床使用标准.

用于康复训练的永磁同步电机等速运动控制仿真

为实现康复训练中的等速运动控制,课题组根据等速运动的概念和特点搭建了永磁同步电机速度控制系统仿真模型。在建立电机数学模型基础上,利用PID控制器实现电机电流环和速度环控制;采用余弦函数设计动态速度规划器,实现升速阶段和减速阶段速度和加速度无突变;采用判断转矩阈值方法,实现运动意图识别。结果表明:系统仿真模型输出的速度和转矩与规划的训练速度和模拟的用户输入转矩基本重合,在等速运动阶段和换向时,速度波动小。该仿真模型可用于康复用等速运动控制。

纯电动旅游客车驱动系统加速过程动态仿真

分析了纯电动旅游客车永磁加增磁直流电机驱动系统结构与工作原理.针对加速工况,分别对IGBT1导通和截止状态建立了电机驱动系统瞬态数学模型.基于控制逻辑利用Matlab/Stateflow建立了控制器模型.结合以上两者得到以加速踏板信号为输入的整车瞬态数学模型.基于该模型进行了加速工况动态仿真并获得加速工况下电机驱动系统的控制特性.该分析有助于进一步改进电机驱动系统控制.

Halbach型空芯直线电动机绕组磁动势及牵引力计算

从电流产生的磁场出发,推导了三相绕组产生磁动势在空芯直线电动机中的分布,并对基波磁动势进行了具体分析,得到其行波表达式。又采用解析法对Halbach型直线电动机的牵引力进行了研究,得到牵引力计算简单有效的解析公式,并用ANSYS对解析公式进行了验证,证明了解析法的准确性。

基于单神经元算法的内嵌式永磁同步电机智能驱动控制

基于人工神经网络的内嵌式永磁同步电机(IPMSM)智能驱动控制性能要明显优于传统控制方法,但是存在计算量大和离线训练时间长的问题。针对该问题,提出了一种基于单神经元算法的IPMSM智能驱动控制策略。阐述了永磁同步电机的数学模型及电流转矩控制规律;并基于单神经元的控制原理,推导了驱动控制律,由于采用的是单神经元结构并设置了迭代算法的边界,因此达到了计算量减小和训练较少的效果。最后,搭建了小功率电机驱动试验平台开展了试验研究,并通过与传统PID控制的对比试验,验证了新型控制器的性能。

磁悬浮列车在双端供电模式下的无速度传感器控制

磁悬浮列车实现稳定运行的核心技术在于如何准确获取列车的速度、位置和电机角度信息。针对磁悬浮列车在高速运行时采用并联供电的特殊模式,将交流电机的扩展反电动势原理推广到长定子直线同步电机的控制中,建立长定子直线同步电机供电系统的数学模型;借鉴旋转电机的扩展反电动势原理,设计磁浮列车的扩展反电动势观测器;采用锁相环的方法得到磁悬浮列车的速度以及转子角度。在半实物仿真平台上验证了该无速度传感器控制策略的有效性。

中速磁悬浮列车分段式长定子永磁直线同步电机牵引控制策略

采用分段式长定子永磁直线同步电机牵引的中速磁悬浮列车在定子段换步时,相邻定子段绕组交链的永磁磁链的改变会导致牵引力损失,除此以外,在牵引过程中,馈电电缆长度的增加使得电机漏阻抗增大,在变流器供电容量的限制下,列车无法在试验线中完成全速度运行。该文首先建立含有定子段换步的长定子永磁直线同步电机数学模型,在此基础上,提出全速度运行的换步控制策略,以及适用于该电机的弱磁控制策略。该策略对q轴电流实时分配,保证在换步区间相邻定子段的q轴电流均跟随参考值;利用电机端电压计算得到d轴电流参考值,使电机在id=0控制和弱磁控制两种工况之间平滑切换。通过硬件在环实验,验证了采用所提策略可在线路长度和变流器容量限制下,实现列车全速度运行,并消除电机在定子段换步时的牵引力损失。

中速磁浮无铁心永磁直线同步电机的结构优化

中速磁浮列车采用单边长初级无铁心永磁直线同步电机(IPMLSM)作为牵引电机,因为这种电机具有结构简单、运行平稳、无轮轨摩擦以及法向吸引力接近于0等优点,但是由于该电机定子无铁心,导致其推力密度较小,且永磁材料使用过多及定子绕组沿轨道长距离铺设,使电机效率进一步降低。为了提高电机性能,在IPMLSM基本结构的基础上,提出一种新型永磁体装配结构,可提升电机推力密度;并根据长定子IPMLSM绕组的特点,优化绕组导体截面,获得适用于中速磁浮列车IPMLSM定子绕组导体的宽与高之比,进一步提升电机的推力密度。最后,制作IPMLSM小型样机实验装置,对比实验结果验证了所提改进结构的优越性。

电机参数对电动车传动系统扭转振动的影响分析

针对电动车传动系统存在的扭转振动问题,对传动系统的固有特性、电机的转矩特性及振动系统的动态响应进行了分析研究,提出了综合考虑控制电机动态特性和传动系统的机电耦合仿真方法。首先,建立了某集中式驱动电动车动力传动系统的扭转振动数学模型,分析了系统的固有特性,用实验数据验证了模型的准确性;然后,建立了永磁同步电机的矢量控制模型,分析了驱动电机的转矩特性;最后,基于驱动电机和动力传动系统的机电仿真模型,进行了电机参数的灵敏度分析。研究结果表明:在低频时,引入谐波转矩的各电机参数对动力传动系统扭转振动的影响呈正比关系;在中高频时,电机参数对传动系统的影响不成比例。

三次谐波抑制的五相永磁电机容错控制策略及仿真分析

针对列车风机用五相永磁同步电机(FPMSM)一相断路故障情况,基于五相电机特有的三维子空间,提出一种考虑三次谐波抑制的五相永磁电机容错控制策略。建立五相永磁同步电机数学模型,根据驱动拓扑结构分析空间电压矢量分布规律,利用五相电机三维空间中大矢量与中矢量对磁链作用效果相反的特点,构建虚拟电压矢量抑制相电流三次谐波;根据不同扇区中虚拟电压矢量对转矩及磁链的作用效果,建立故障前后电压矢量开关选择表对转矩和磁链进行调节,降低一相断路故障引起的转矩脉动,使五相电机发生故障后仍能稳定运行,提高风机驱动系统运行可靠性。在MATLAB/Simulink环境下搭建五相电机系统仿真模型,对不同负载情况进行仿真,仿真结果表明:五相永磁电机在一相断路故障前后输出转矩和转速基本不变,风机驱动系统仍能稳定运行,证明了容错控制策略的有效性。该方法可扩展到多相永磁电机容错控制。

高速列车同步牵引电机直接转矩控制仿真研究

动车组是自带动力、固定编组、可双向开行的旅客列车,具有安全可靠、运行快捷等特点,是高效率、大密度的旅客运载工具。牵引电机作为高速动车组牵引传动系统的重要组成部分,给动车组提供了最直接的动力。永磁同步电机具有体积小、重量轻,功率因数高的特点,适应实际高速列车运行的需要,是新一代高速列车牵引电机研发的重点方向。现引入直接转矩控制策略,研究了永磁同步电机在列车牵引、恒速和制动模式下的控制技术,并在列车网络控制系统的框架下,基于Rt-Lab系统进行了实时仿真研究,该系统根据动车组的运行特性曲线,能够实时的获得不同工况下的运行结果,结果表明本文方法具有转矩响应快,控制精度高的特点,具有实际应用的潜力。

改进粒子群算法的永磁同步电机PID控制器

采用粒子优化算法进行PID模糊控制训练能提高永磁同步电机的控制精度,提出一种基于改进粒子群算法的永磁同步电机PID控制方法,构建永磁同步电机PID模糊控制目标函数,选择电压、转矩、速度和电磁损耗等参数进行控制约束参量分析。采用改进的粒子群算法进行PID控制的加权训练,实现控制目标函数最优化求解,进行永磁同步电机PID控制律优化。实验结果表明,采用该控制方法进行永磁同步电机控制的调制性能较好,具有较好的输出增益,振荡较小,抗干扰能力较强。

长沙市轨道交通永磁牵引系统能耗分析

文章简要介绍了长沙市轨道交通5号线列车永磁同步电机的特点和应用现状,并选取长沙市轨道交通1号线1列采用永磁同步牵引系统的试验列车,进行牵引系统能耗的线路仿真及现场节能测试,并结合长沙市轨道交通1~4号线采用异步牵引系统的列车和5号线采用永磁同步牵引系统的列车空载能耗分析情况,针对效率和能耗与采用异步牵引系统的列车进行了详细的对比与分析,得出正线接触网安装有再生电能吸收利用装置的线路,排除列车载客影响,5号线空载列车能耗相比1号线、3号线、4号线空载列车平均能耗节能率达到29.56%,相比正线接触网未安装再生电能吸收利用装置的2号线,空载列车能耗节能率达到39.21%。列车能耗作为运营成本的重要组成部分,永磁牵引系统节能效果明显,与国家要求的节能低碳经济发展要求相吻合,永磁牵引系统的应用有利于降低地铁列车运营成本,并有助于实现快速绿色交通的目标。

高速列车永磁同步牵引系统研究与应用

介绍了高速列车、轻轨、地铁等轨道交通领域永磁同步牵引系统技术在国内外的研究和产业应用现状,分析说明了永磁同步牵引系统的技术优势、风险分析及预防措施。以CRH5型车为原型,详细说明了永磁同步牵引系统样机设计过程的设计思路、关键技术和分析仿真试验。地面联调试验和装车考核结果表明,牵引控制单元、辅助控制单元、控制算法等系统核心技术安全可靠,系统效率提升3%以上。

400km/h多流制高速动车组牵引系统研制

围绕400 km/h高速动车组多制式、轻量化及节能降耗的牵引系统设计需求,阐明了牵引系统的设计原则,论述了牵引辅助变流器、永磁电机等关键部件的技术方向和设计特点,介绍了牵引系统及关键部件试验验证情况。试验结果表明,该牵引系统及关键部件性能良好,满足动车组牵引系统各项指标要求。

中速磁浮列车试验线地面牵引系统

新型中速磁浮列车采用基于Halbach磁体的长定子永磁直线同步电机牵引系统，具有能耗低、爬坡能力强及转弯半径小等优点。在时速150～250km的交通系统中具有广阔的应用前景。本文主要介绍中速磁浮列车试验线牵引系统研制肢试验情况，包括中速磁浮列车结构特点、地面牵引系统原理及组成、试验线测试结果等。

轨道交通列车永磁同步电机涡流损耗抑制措施研究

针对轨道交通列车PMSM(永磁同步电机)齿槽转矩和涡流损耗大的问题,提出了一种主磁极中心部分分段Halbach PMSM模型。在二维极坐标系下构建主磁极中心部分分段Halbach PMSM解析模型,并采用精确子域模型法,对该模型在空载、电流源激励及负载等工况下的气隙磁密和电磁转矩进行了计算。通过对10极12槽PMSM有限元模型的计算验证解析模型的正确性。将该有限元模型与另外8种结构的PMSM模型的各项电磁性能进行对比分析,并在有限元应力场中建立三维PMSM模型,通过计算得到PMSM的等效应力和总变形。结果表明,十字型主磁极部分分段Halbach PMSM模型能在保证其他指标较优的前提下,大幅度降低涡流损耗。

基于转矩补偿的动车永磁电机电磁优化设计

为改善转矩扰动对动车永磁电机的影响,提出基于转矩补偿的动车永磁电机电磁优化方法。依据动车永磁电机结构,构建基于三相静止坐标系下的复合结构电机状态方程,分析动车永磁电机电磁转矩特性。通过转矩补偿结合永磁电机电磁增益PI控制策略,控制永磁电机速度,采用基于卡尔曼滤波器的转矩观测器与卡尔曼滤波算法,实现转矩的观测与补偿,结合PI变增益策略与转矩补偿共同实现对动车永磁电机电磁优化。仿真验证结果表明:优化后转矩增加或减少不会使电机转速产生大幅度变化,电机转速能够保持稳定;优化后转矩波动幅度较优化前有所降低。

变轨距列车用电动机的开发

我们为变轨距列车研制了2种牵引电动机。一种是直接驱动的永磁同步电动机,另一种是传统的万向轴驱动的异步电动机。对这2种电动机进行了试验,取得了良好的结果。在美国对变轨距列车的高速耐久性运行试验进行了约2年。在运行试验中,电动机没有发生任何故障。运行试验后进行的解体检查也表明电动机没有任何损伤。

标准地铁列车永磁牵引系统设计

永磁牵引系统因其具有高效率、高功率密度等特点,成为新一代轨道交通牵引系统的发展方向。文章介绍了适用于系列化中国标准地铁列车的永磁牵引系统设计方案,包含牵引特性、主电路参数配置、控制功能及样机研制情况。该方案在满足标准地铁列车设计要求的同时,建立了城轨车辆牵引系统产品平台。