Three-dimensional Electromagnetic Characteristics Analysis of Novel Linear Synchronous Motor under Lateral and Yaw Conditions of MAGLEV

Dynamic stability analysis of superconducting electro-dynamic maglev train under lateral and yawing motion condition is the key research content.The novel three-dimensional electromagnetic model of integrated linear synchronous motor in electro-dynamic maglev train with yawing operation condition is proposed,which can not only simultaneously achieve the propulsion,levitation and guidance performances of maglev vehicle,but also analyze the dynamic stability performance of train with yawing condition.The three-dimensional analytical method is introduced for analyzing the electromagnetic force characteristics of the linear synchronous motor with the yawing operation condition.Firstly,the topology structure and operation principle of the linear synchronous motor with yawing attitude are proposed.Secondly,the three-dimensional analytical model and expressions of electromagnetic characteristics are obtained by equivalent circuit method and Fourier decomposition method,such as levitation force,guidance force,propulsion force and yawing torque,etc.Finally,the three-dimensional electromagnetic characteristics of the linear synchronous motor are calculated under yawing operation conditions of maglev train,and the correctness of the analytical theory is verified by the finite element analysis and measured data on the test line.

航空电推进电机多层波浪形拓扑及散热设计方法

针对航空电推进电机的散热问题,提出一种基于多层波浪形散热拓扑的航空电推进电机高效散热设计方法。航空电推进电机采用多层波浪形散热拓扑,建立电机等效热网络模型,确定等效热阻、对流换热系数等重要参数,完成电机温度精确计算,并通过CFD仿真验证所建立电机等效热网络模型的准确性和有效性。以此为基础,对比分析传统散热翅和多层波浪形散热拓扑对电机功率密度的影响。基于多层波浪形散热拓扑的等效热网络模型,采用遗传学习粒子群优化(GL-PSO)算法,完成航空电推进电机高效散热优化设计。优化结果表明:相比于原始方案,优化方案的机壳质量减轻15.1%,整个电机的功率密度提升0.06 kW/kg。

电动飞机电推进用永磁同步电机无传感器控制技术综述

随着绿色航空的发展和新能源技术的不断进步,电动飞机也得到了快速发展。作为电动飞机的核心,电推进系统也受到越来越多的关注。永磁同步电机(PMSM)凭借其功率密度大、效率高等优势成为电动飞机电推进系统的理想解决方案。由于不依赖位置传感器,永磁同步电机无传感器控制技术能够更好地满足电动飞机对高空复杂环境下高可靠性的要求。首先,对当前电动飞机推进用永磁同步电机无位置传感器控制的主要方法进行了总结和比较。其次,针对转子起始位置检测、低速起动以及中高速运行中的关键技术和难点进行了分析。最后,对目前研究中存在的问题进行了归纳,并对未来的发展进行了展望。

电力推进永磁同步电机的无传感器控制研究

为提高电力推进无传感器永磁同步电机的稳定性,基于两相旋转坐标系和电机矢量模型,提出一种改进的电机滑模观测器。为增强滑模观测器的抗干扰性能和控制精度,采用sigmoid函数作为滑模观测器开关函数,并引入模糊控制策略改进开关增益;然后采用ACO算法优化滑模观测器的可调参数。仿真结果表明,该改进滑模观测器可提高电力推进无传感器永磁同步电机对转速和转矩控制的稳定性,使d、q轴电流更平稳,提高永磁同步电机的转子位置估计精度,降低位置估计误差。

船舶驱动用直线同步电机牵引力特性计算

船舶驱动用直线同步电机的牵引力特性对其性能提升有着显著的影响。为此,基于虚功原理,提出了一种新型超导直线同步电机的牵引力特性的解析计算方法--双边傅里叶分解方法。首先,对该系统的整体结构和牵引原理做了简单介绍;接着通过磁悬浮系统储能的变化,推导了该直线同步电机的牵引力解析表达式;最后利用有限元仿真验证了该原理计算的准确性,分析结果表明该解析模型具有相当的准确性。本文提出的新型解析模型对船舶驱动用一体化直线同步电机的电磁结构设计方案提供了快速准确的研究方法。

船用永磁同步推进电机齿槽转矩分析研究

齿槽转矩是高性能永磁同步电机设计和制造中必须考虑和解决的关键问题[1]。如何有效削弱齿槽转矩,使指标在合理的范围内,对于永磁电机的设计至关重要。现针对船用永磁同步推进电机,基于ANSYS有限元利用三种方法分析了该电机的齿槽转矩。

基于PSO-RBF优化的船舶六相推进电机缺相故障新型自适应滑模容错控制研究

为提升船舶永磁同步推进电机的容错能力与故障条件下的输出能力,针对船舶电力推进系统中推进电机缺相故障,提出一种基于PSO-RBF优化的新型自适应滑模容错控制方法,利用神经网络的学习能力对滑模控制器中的切换增益进行实时调节,并通过粒子群算法对神经网络参数进行寻优,随后采用容错控制策略对缺相后其余健康相电流的相位和幅值进行调节,实现船舶推进电机在正常运行和故障状态下系统的快速收敛和抖振削弱,提高推进电机的容错控制性能。仿真结果表明:笔者方法较传统滑模控制在缺相故障下,转速恢复时间缩短了1.7 s,转速稳态误差降低了0.17%,削减了7%的转矩稳态误差,船舶推进电机运行更稳定,故障后控制性能更优良。

基于螺旋桨负载的电推进系统线性/非线性自抗扰混合控制方法研究

电推进系统采用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)直接驱动螺旋桨为飞机提供所需的动力,由于运行工况的复杂性和强耦合性,其对动态响应和扰动抑制能力提出更高的要求。为了提高系统性能,提出一种线性/非线性自抗扰混合控制方法。在线性扩张状态观测器(linear expanding state observer,LESO)和非线性扩张状态观测器(nonlinear expanding state observer,NESO)参数整定的基础上,设计带权重系数的混合控制策略。该方法有效整合LESO和NESO的优点,通过带桨测试结果验证所提方法的可行性,为工程实践奠定理论基础。

基于舰艇电力推进系统的永磁同步电机控制策略研究

永磁同步电动机由于其优良的性能成为电力推进舰艇电机的最佳选择,为提高传统永磁同步电动机矢量控制策略中电磁转矩、电流、转速响应性能以适应复杂多变的海上工况,提出了一种具有复合转矩环的永磁同步电动机嵌模糊矢量控制策略,引入前馈复合转矩环提高系统抗负载扰动能力,采用嵌模糊控制取代传统PI速度控制增强系统鲁棒性和自适应性.利用MATLAB/Simulink搭建仿真模型进行针对不同优化程度的对比实验,验证了该控制策略的可行性和优越性.

船舶氢储直流电力推进系统控制器转速环带宽设计方法

[目的]旨在研究船舶氢储直流电力推进系统中氢燃料电池外特性较软、动态特性不佳、系统稳定性易受推进负载影响的问题。[方法]首先,分析氢燃料电池的输出外特性和船舶电力推进系统的负载特性;然后,搭建系统的船-机-桨模型与永磁同步推进电机(PMSM)驱动控制系统频域模型,再结合氢燃料电池外特性与螺旋桨负载特性,提出一种基于转速环带宽的控制器参数设计方法;最后,根据某母船参数搭建氢储直流电力推进系统的硬件在环实验平台对所提方法的准确性予以验证。[结果]实验结果表明,采用所提转速环带宽设计方法时电机的转速响应无超调,在发生负载转矩扰动时电机的转速波动减少了5 r/min。[结论]该方法可提升船舶氢储直流电力推进系统的综合特性,且易于工程实现。

永磁同步推进电机电磁振动分析

依据Maxwell应力方程推导了永磁同步电机径向电磁力的解析表达式,分析归纳了电机内各阶次、各频率径向电磁力的来源。以一台45槽10极永磁同步推进电机为例,分别建立了电机电磁有限元模型和结构有限元模型,并进行了模态分析;将电磁有限元模型中得到的径向电磁力耦合到结构有限元模型中,对电机进行了电磁振动谐响应分析;最后将样机实测加速度频谱与有限元仿真结果进行对比,验证了径向电磁力解析式及电磁振动有限元仿真结果的正确性。

船舶电力推进系统控制方法

此文对当前在船舶推进方面发展迅速的电力推进系统的控制方法作了简要的概括和原理分析。希望能有更多的同行关注船舶电力推进未来发展及其对我国海运业发展的影响。

UUV推进电机在线参数辨识自适应控制方法研究

针对水下无人航行器(UUV)的推进电机矢量控制系统中电流控制器性能因参数变化而下降的问题,提出一种基于智能在线参数辨识的电流环自适应控制方法。以离散型永磁同步推进电机动态模型作为被控对象,采用动态惯性权重粒子群算法对永磁同步推进电机的定子电阻和dq轴电感进行在线辨识,根据电流控制器工程设计方法,将辨识所得的电机参数实时用于计算电流控制器的PI值,实现电流环的自适应控制。最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性,结果表明该方法可以有效地克服水下快速洋流对推进电机的负载扰动,进而实现永磁同步推进电机的快速、高精确度电流控制性能。

永磁同步电机旋转坐标系滑模观测器设计研究

针对内置式永磁同步电动机在螺旋桨重载工况下,两相静止坐标系滑模观测器中扩展反电动势幅值大小易受螺旋桨负载影响的问题,在两相旋转坐标系下设计一种新型滑模观测器用以实现内置式永磁电动机转速及转子位置观测。采用李雅普诺夫稳定性理论对所设计的滑模观测器进行了稳定性分析,得出电动机转速估算表达式,避免了扩展反电动势的观测。对所提出的永磁同步电动机无速度传感器控制策略进行仿真分析和试验研究,结果表明设计的滑模观测器能够准确实现永磁电动机的转速估算,系统具有良好的动态响应性能,验证了该控制策略的有效性与可行性。

航空电驱动系统效率优化控制研究

针对有限能量供电的一类航空电驱动系统,研究电机的最小损耗电流控制。根据此类电驱动系统运行速度高的特点,提出一种考虑电机铁损的永磁同步电机(PMSM)Γ型近似等效电路,结合电机状态方程,推导出满足电磁损耗最小的励磁电流表达式,并对PMSM铁损及铜损之间的关系及最小损耗电流控制中的基本电磁约束关系进行分析。针对恶劣环境下,电机参数变化范围大的特点,分析电机等效铁损电阻的变化及对效率优化控制的影响。最后,进行Matlab仿真及dSPACE半物理实验验证。结果表明,在整个运行区间内,与传统的直轴电流等于零控制相比较,最小损耗电流控制能够降低电机电磁损耗,提高电机运行效率。

舰船多相永磁同步电动机推进控制系统辨识与仿真研究

研究了舰船电力推进系统的数学模型及其非线性特性。建立了螺旋桨负载的数学模型。针对舰船多相永磁同步电动机推进控制系统在其参数不确定而导致系统反馈线性化的效果变差,无法达到预期的优化性能,严重时甚至会造成系统的不稳定的问题,本文提出了采用扩展卡尔曼滤波方法对系统进行参数估计的方法,应用非线性系统的逆系统方法对控制器参数进行优化设计,并进行了仿真。仿真结果表明,所采用的方法能够使系统达到预期的优化动态性能指标,提高了系统的鲁棒性,具有较好的实用价值。

高空电推进系统的积分滑模反演速度控制

针对高空电推进系统用永磁同步电机的转速跟踪控制问题,提出一种基于反演的积分滑模控制器。对控制器所采用的数学模型、控制算法、稳定性条件等进行研究。在反演法的基础上,将积分因子引入速度环,对转速误差进行补偿;采用指数趋近律构造电流误差的滑模面方程,以减小反演法对系统参数的敏感性;设计全局Lyapunov函数保证控制器的渐进收敛;基于SIMULINK和dSPACE实验平台完成反演和积分滑模反演控制系统的仿真和实验分析。仿真和实验结果表明,相比于反演控制,当参考转速由300 r/min上升到400 r/min时,积分滑模反演控制系统的转速动态响应时间由0.2 s减小到0.1 s;突加1 N.m负载时,转速超调由8 r/min减小到2 r/min,在系统参数摄动条件下,电机稳态运行时无转速静态误差。

螺旋桨负载永磁同步电机直接转矩控制系统研究

为了研究空间矢量调制策略对大功率永磁同步电机在螺旋桨负载特性下变频调速性能的影响,通过对直接转矩控制变频调速和螺旋桨负载特性理论的分析,结合螺旋桨敞水特性曲线,得到螺旋桨推力系数Kp和扭矩系数Km分别与进速比J之间的函数关系。提出了推力系数和扭矩系数的计算方法,建立了螺旋桨负载和永磁推进电机直接转矩控制的仿真模型。仿真结果表明,直接转矩控制系统中永磁推进电机转速动态响应快,转速稳定后电磁转矩与螺旋桨旋转产生的负载转矩相等。与实测电机运行数据比较可知,不同转速下仿真得到的电机转矩值与实测值相一致,验证了该模型的有效性。

直线同步电机的磁场与力特性分析

本文通过合理的假设 ,建立了直线同步电动机的磁场分析模型 ,在此模型的基础上 ,运用基本的电磁场理论 ,经推导得到了直线同步电机电磁场的解析表达式以及驱动力和悬浮力的表达式。经过实验的验证 ,与实验值基本吻合 。

SIMARDRIVE系列电力推进系统工作原理及结构特点

此文对西门子公司的SIMAR DRIVE系列电力推进系统的工作原理和结构特点进行了简要的分析。并对三种型式的推进系统的应用现状和发展趋势谈了作者的看法。