Wide speed range for traction motor in braking force of electric braking control system

A vehicle stopping method using an electric brake until a traction motor is stopped is studied. At the moment of vehicle stop, electric brake is changed to control mode where torque is reduced at a low speed. Gradient is controlled by estimating the load torque of motor, thereby traction motor is not rotated after stop. In addition, coasting operation and brake test are performed from normal-opposite operation and start using a small-scale model comprising the inertial load equipment and the power converter. Further, traction motor is made to be equipped with a suspension torque. Pure electric braking that makes traction motor stop by an air brake at the time of stop is also implemented. Constant torque range and constant power range are expanded during braking so that braking force is secured with the electric brakes even in high speed region. Therefore, vehicle reduction effect can be expected by reducing parts related with an air brake which is not used frequently by using a pure electric brake in the M car in wide speed region. Further, maintenance of brake system can be reduced. Besides, ride comfort of passenger in the electric rail car, energy efficiency improvement, and noise reduction effect can be additionally expected. Further, an improved brake method that uses only an electric brake till motor stop is proposed by comparing those in the blending brake that uses an air brake while reducing brake torque at vehicle stop.

一种组合动力飞行器模态转换过程轨迹优化与控制方案

为应对组合动力飞行器涡轮/冲压发动机模态转换过程中容易出现的推力陷阱问题,开展了组合动力飞行器模态转换阶段飞行/推进一体化保护控制研究。该研究利用组合动力爬升段飞行轨迹优化方法,解决模态转换过程中组合发动机总推力无法满足平飞加速需求的推力陷阱问题。结合轨迹线性化控制方法,完成了宽速域飞行器/发动机一体化轨迹跟踪控制设计,利用迎角、油门等变量的协同调节实现轨迹跟踪控制。仿真结果表明,轨迹优化策略能够在一定程度上克服模态转换过程中的推力不足问题,一体化轨迹线性化控制方法可以有效实现爬升轨迹跟踪,避免模态转换过程对组合动力飞行器飞行任务造成的不利影响。

风力发电机组直驱永磁同步电机高风速下宽转速运行控制策略研究

大力发展海上风力发电、构建以可再生能源为主体的电力系统是实现“双碳”的途径之一。而随着风电接入电网的容量不断增加,电力系统在频率稳定方面面临更多挑战。本文基于变速运行特性,分析了直驱永磁同步电机在高风速下风力发电机组的转速范围。风力发电机组的可变转速可形成虚拟飞轮储能装置,从而释放能量与吸收能量,故可使用该虚拟飞轮储能系统作为电力系统短期调频用。本文推导了风力发电机组机侧变换器与网侧变换器的控制策略,并给出了有功功率参考值给定方法。同时,分析了变桨距角控制策略。为验证控制策略,搭建了仿真模型。仿真结果表明在随机高风速工况下,风力发电机组可输出平滑的功率,具有短期调频能力。

磁通切换永磁同步电机宽调速运行分析及测试

磁通切换永磁同步电机以其简单的结构、低畸变率正弦性输出波形以及较高的转矩密度等优点,在电动汽车领域有着广泛应用,其运行特性由不同控制策略决定。针对传统磁通切换永磁同步电机运行范围较窄的不足,提出相应的最大转矩电流比和q轴弱磁控制策略。首先,分析磁通切换永磁同步电机运行工作机理及特点,建立相应的以定、转子为坐标系的数学模型。其次,根据电机不同运行区域工作特点对其性能进行仿真,计算结果显示可实现电机在高效运行的同时拓宽其运行范围。最后,基于一台1 kW样机搭建控制测试系统。转矩和功率输出测试结果显示,结果表明所提出的弱磁控制策略拓宽电机运行范围,正确性和有效性得到验证。

电动车用模块化轴向磁通永磁同步电机宽转速范围效率优化控制方法

电动车经常运行在频繁启停、加减速和变负载工况下,宽调速工况下的高效运行是关键问题。该文研究电动车用模块化轴向磁通永磁同步电机的宽转速范围效率优化方法。首先,针对电机模块内定子单元的效率优化问题,提出采用等效损耗电阻在线补偿的损耗最小控制方法,基于损耗模型得到效率最优的控制电流指令值;然后,针对多模块系统的效率优化问题,提出转矩分级优化分配策略,根据模块的效率分布和遗传算法设计电机各模块、模块内各单元的转矩分配方法;最后,通过仿真和实验验证了所提控制方法可以有效降低驱动系统损耗,增加系统高效率区间,提升电动车续航里程。

宽调速永磁同步电机全域高效运行控制策略综述

永磁同步电机具有效率高、功率密度高、控制灵活等特点,在轨道交通、航空航天、装备制造、新能源等领域被广泛应用。然而,由于采用永磁体励磁,其励磁磁场调节困难,导致永磁同步电机在低速域与高速域的高效运行条件存在明显差异,难以实现宽速域高效运行。因此,研究永磁同步电机在宽速域下的控制方法,对实现其全域高效运行具有重要意义。为此,针对永磁同步电机不同运行速域,该文系统地总结了其高效运行条件,并给出相应的高效控制目标着重分类梳理不同速域下的高效控制策略,并归纳总结不同控制方法的优劣以及适用范围。最后,从运行速域与控制机理的角度,对近年来永磁同步电机宽速域高效控制策略进行总结与展望。

宽速域高超声速飞机进气道不起动一体化保护控制

针对宽速域高超声速飞机机动飞行任务过程中容易出现进气道不起动问题,研究开展了基于最佳进气道优化的飞行/推进一体化保护控制方法研究。该方法可依据飞行状态对进气道流场最优攻角进行实时优化,并基于极点配置策略完成攻角与燃烧室扩张比联合调节,实现飞行/推进一体化进气道保护控制。仿真结果表明,一体化保护控制方法与传统进气道不起动保护控制方法相比,在相同设计前提下可提升进气道不起动稳定裕度,降低进气道不起动风险,避免进气道不起动对宽速域高超声速飞机飞行任务造成的不利影响。

无权重系数的永磁电机宽范围预测速度控制

为提高永磁同步电机系统的宽范围调速精度和动态响应性能,并解决预测速度控制中传统价值函数权重系数难以调整的问题,本文提出一种无权重系数的永磁电机系统快速预测速度控制策略,并结合电压矢量优化提出一种新的拓宽调速范围的方法。首先建立PMSM离散化模型,并进行参考电压矢量的预测,之后改进价值函数到电压量纲以省去权重系数,并根据参考电压矢量所在扇区位置进行备选矢量的选择,以缩短计算次数。同时为拓宽PMSM的调速范围,结合电压比较法,并从α-β坐标系电流极限和电压极限角度分析,辅以电压矢量调节时间的修正以实现对电流和电压的限制。最后,通过实验研究证明所提出的控制策略能够满足宽范围调速的动稳态需求,且无需权重系数整定。

2022中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚洲展览会经编机述评

介绍2022年中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚洲展览会经编机及整经机的参展情况和技术特征。概述参展经编机与整经机的主要技术特点,比如高速化、智能化、超宽幅等,并且绝大多数经编机都使用了电子数控技术,其机电一体化水平显著增强。结果表明,我国经编机制造水平有了显著提高,智慧纺织、软件集成、自动化纺织正在逐渐实现,并提出我国经编机制造企业应进一步提升经编设备智能程度,令经编机真正实现智能化、高速化、绿色化。

混合励磁同步电机驱动系统弱磁控制

针对混合励磁同步电机低速大转矩及宽调速的特点,提出一种基于空间电压矢量算法的弱磁调速控制方法。该控制方法在速度分区控制的基础上,在高速区,采用保持q轴反电势不变的铜耗最小控制策略,对电枢电流与励磁电流进行优化配置。搭建该电机驱动系统的仿真模型,对无电流弱磁、励磁电流弱磁、d轴电流与励磁电流共同弱磁3种不同电流控制模式下的调速效果进行分析;构建该电机驱动控制系统的实验平台,通过实验得到该电机的启动电流波形与稳态电流波形,对所提出的算法进行验证。仿真和实验结果表明,在铜耗最小控制条件下,采用d轴电流与励磁电流共同弱磁的混合励磁同步电机驱动系统比单纯采用励磁电流弱磁或无电流弱磁的驱动系统具有更宽的调速范围。

一种新型电动汽车宽调速驱动系统设计

针对混合励磁同步电机(Hybrid Excitation Synchronous Motor,HESM)低速大转矩和宽调速特点,本文提出了一种新型的基于HESM的宽调速系统。根据HESM的结构特点,该调速系统结合空间电压矢量脉宽调制技术,采用速度分区控制方法,将整个调速范围划分为二个速度区间,分别应用不同的电流控制策略:中低速区实施增磁或无励磁调速;高速区保持q轴反电动势基本不变,实施励磁电流与d轴电流分段联合弱磁调速。所提出的控制方法有效地提高了电机低速负载能力和最高运行转速;通过有无励磁电流调速的对比实验,验证了HESM调速系统及其控制方法的有效性。

新型混合励磁同步电机分区控制系统分析与设计

混合励磁同步电机综合了永磁电机和电励磁电机的优点,具有显著的宽调速特征。该文根据混合励磁同步电机的结构特点,结合空间电压矢量控制,提出了混合励磁电机的一种宽调速控制新方法。该控制方法在分区控制的基础上,低速区结合电机铜耗最小原理,高速区保持反电势q轴分量恒定,对不同运行区域分别采用不同的控制策略,使电机在整个运行区间都能表现出良好的性能。由于在高速区采用了励磁电流和d轴电流弱磁相结合的方式,使用该类调速系统比现有文献单纯采用励磁电流弱磁调速具有更宽的调速范围。实验表明,所设计的混合励磁同步电机宽调速系统,在低速区增磁运行时,通过调节励磁可以将转矩输出能力提高约1/3;高速区弱磁运行时,可将最高转速提升约1.5倍。

混合励磁同步电机铜耗最小化弱磁调速控制研究

混合励磁同步电机(hybrid excitation synchronous motor,HESM)具有调磁方便、调速范围宽等优势,在工业、军事领域应用前景广阔。该文在矢量控制和速度分区控制的基础上,针对HESM提出了一种铜耗最小化弱磁调速控制方法。该方法以电机铜耗最小化为目标,自适应地调节弱磁基速系数,在满足电枢端电压限制的条件下,对q轴电流、d轴电流与励磁电流进行最优配置。在深入分析弱磁基速系数对电机运行性能的影响的基础上,应用自适应控制方法对其进行调节以提高电机的调速范围、效率及动态特性等综合性能。最后,通过仿真和电机驱动实验验证了所提出的控制方法的正确性和有效性。结果表明,所提出的HESM弱磁控制方法,可实现电机综合性能的最优化控制。

一种永磁同步电动机的宽调速范围控制方法

针对永磁同步电动机的宽调速范围应用和弱磁难问题,提出了一种永磁同步电动机的宽调速范围控制方法,该方法基于矢量控制原理,基速以下采用id=0控制,基速以上采用弱磁控制,利用电压外环调节器产生直轴电流参考值id*,不依赖于电机参数,易于数字化实现。提出电流反馈解耦控制方法,实现了d、q轴电流的完全解耦,提高了永磁同步电动机的控制性能。在5.5kW的内置式永磁同步电动机上进行了仿真,扩速倍数可达3倍,转速、转矩控制性能良好,验证了控制方法的有效性,对永磁同步电动机的宽调速范围应用具有实际意义。

连续极永磁电机弱磁控制研究

连续极永磁(consequent-pole permanent magnet,CPPM)电机是一种特殊结构的混合励磁同步电机。该文根据电压、电流约束条件,推导了全速度范围内的CPPM电机理论最大转矩输出的必要条件。在此基础上,考虑CPPM电机的结构特点和电机参数变化特性,研究了一种实现CPPM电机宽速度范围最大转矩输出的弱磁控制方法。CPPM样机的实验结果表明,所提出的弱磁控制算法具有较强的参数鲁棒性,可以实现电机宽速度范围高响应控制性能。

基于模型切换策略的无刷直流电动机调速研究

提出了一类基于模型切换策略的无刷电机宽范围调速方法,根据电机特性给电机速度目标值定义高/低速运行区间,当电机在低速区运行时,采用积分分离PID控制策略;电机在高速区运行,采用增量式PID控制策略,结合预先设定的速度过渡区,通过滞后切换实现控制模型转换。实验表明,提出的模型切换控制策略在低速和高速运行区域均能实现无刷直流电动机精确速度闭环控制,且模型间切换控制过程稳定,实现了无刷直流电动机的宽范围调速。

基于Sensorless技术的无刷直流电动机广域调速研究

提出L/H控制策略,扩展基于sensorless技术的无刷直流电动机调速范围。将电机的速度频域划分为低速运行区和高速运行区。电机在低速时,采用反电势逻辑电平积分法提供换相信号,高速运行时的换相信号则通过反电势三次谐波法获得。同时,提出了两种控制法的切换方式。仿真和实验结果表明,该控制策略在低速和高速区均能给出比较准确的换相时间,且两种控制方法切换良好,实现了无刷直流电动机在无位置传感器情况下的广域调速。

开关磁阻电动机宽范围调速系统仿真

基于12/8极开关磁阻电动机的准线性模型,对开关磁阻电动机调速系统进行了建模和仿真,分析了在电流斩波控制和角度位置控制两种方式下开关磁阻电动机驱动系统的调速范围,提出了一种宽范围调速运行的控制策略,仿真结果验证了该控制策略的正确性和可行性。

变速运行的定子双绕组感应电机发电系统控制技术研究

针对宽转速运行的定子双绕组感应电机(dual stator winding induction generator,DWIG)发电系统的电压控制机理进行研究。基于瞬时功率理论,推导出按控制绕组磁场定向时控制绕组的瞬时功率,在此基础上分析了带整流桥负载的定子双绕组感应电机发电系统在宽转速运行时的电压调节机理,即:控制绕组电流在控制绕组磁场及其法线上的分量,分别决定着发电系统功率绕组整流桥直流侧电压和控制绕组静止励磁控制器(static excitation controller,SEC)直流侧电压,据此提出宽转速运行时DWIG发电系统电压控制策略。对一台18kW定子双绕组感应电机发电系统进行了仿真和实验研究,证明了理论分析和控制策略的有效性。

宽转速范围永磁同步电机无位置传感器控制

为了提高永磁同步电机在整个转速范围内无传感器控制的性能,基于速度分区优化的思想,提出一种融合了改进滑模观测器和I/F启动的新型无传感器控制方法。在零低速时,在电机绕组中施加幅值固定的旋转电流矢量,采用转速开环电流闭环的启动方式;在中高速时,设计了一种改进滑模增益的新型滑模观测器,通过设计模糊规则,使滑模增益可自适应调节。仿真结果表明,提出的融合算法在低速时,启动稳定抗干扰能力强;全速域范围内提高了系统的鲁棒性、有效地削弱了系统的抖振。