基于D-H参数的磁阻式球形电机动力学建模

三自由度球形电机的动力学模型是对转子运动过程的数学描述,在球形电机的闭环控制中用于计算转子从当前位置运动到期望位置时所需要的驱动转矩。以计算磁阻式球形电机驱动转矩为目标,提出一种动力学方程的建模方法。针对磁阻式球形电机的运动特征,将球形转子等效为三个串联旋转关节,推导出磁阻式球形电机基于D-H参数的动力学方程,再对方程中的未知参数进行辨识,最终模型的预测结果与仿真结果有较高的拟合度,试验验证了该模型在设定运动工况下的可靠性,为磁阻式球形电机驱动控制提供了理论基础。

基于结构参数优化的电机振动噪声的抑制研究

在保证电机输出性能的基础上,通过优化电机定子结构并调节引起电机主要振动噪声的模态频率来避免电机发生共振,从而降低永磁同步电机的振动噪声。首先通过试验和仿真分析电机的振动噪声,确定引起电磁噪声的主要电磁力阶次;随后将电机的定子结构参数作为变量,通过对其进行敏感度分析选取高敏感度优化变量,建立优化变量的响应面模型;然后,基于所建立的响应面模型,利用遗传算法对所取变量进行参数优化,得到最优定子结构参数;最后,采用有限元法计算和分析电机优化前后的电机输出性能,并通过电机电磁振动噪声仿真验证优化方法的正确性,结果表明优化后的电机输出性能得到了明显提升且电机的振动噪声得到了有效抑制。

基于压力传感器的永磁球形电机摩擦转矩检测

针对永磁球形电机(PMSM)运动时摩擦转矩检测困难的问题,提出一种基于压力传感器检测永磁球形电机摩擦转矩的方法。首先应用压力传感器检测球形转子施加在支撑杆处的压力信息,通过永磁球形电机摩擦转矩的数学模型,解析压力信息,得到摩擦转矩数值。再通过恒速实验得到压力—摩擦转矩间的稳态对应关系,采用遗传算法对数学模型中未知的摩擦因数进行参数辨识。最后将通电实验的结果与仿真结果进行对比,验证了检测方法的有效性。

永磁球形电机Stribeck摩擦模型参数辨识

随速度变化的摩擦转矩使永磁式球形电机在跟踪控制过程中出现爬坡或抖动现象,影响跟踪控制精度且难以检测。结合Stribeck摩擦转矩模型提出一种基于粒子群算法(PSO)的参数辨识方法,建立起精简、准确的电机摩擦转矩模型。在电机动力学微分方程基础上加入摩擦转矩项,通过恒速摩擦转矩检测实验得到转速-摩擦转矩间的稳态对应关系;采用PSO算法对转速-摩擦转矩序列进行参数辨识,得到Stribeck摩擦转矩模型;再通过实验对辨识得到的摩擦转矩模型进行验证。研究结果表明,参数辨识得到的摩擦转矩模型与实验数据相比,误差控制在2.5%以内,可以证明所提出参数辨识方法的有效性。

基于转矩模型和改进MOPSO的永磁球形电机磁极优化

为了提升永磁球形电机(PMSM)的输出转矩,应用多目标粒子群优化(MOPSO)算法对转子球内的永磁磁极尺寸进行优化设计。应用等效面电流和洛伦兹力的原理推导一种八极Halbach磁极阵列永磁球形电机的转矩解析模型,并依托电机原型进行有限元仿真和实验验证。运用空间几何的方法分析了转子球内磁极尺寸之间的约束关系,以自旋转矩和俯仰转矩的幅值为目标,应用改进的多目标粒子群优化算法进行转子磁极尺寸优化。对优化后的电机转矩分布进行有限元仿真验证,并与电机原型做比较。结果表明,优化后的电机转矩分布曲线更优,自旋转距幅值、平均值和俯仰转矩幅值、平均值分别提升了40.8%、31.9%、12.0%、26.8%,验证了所提优化方法的有效性,也为永磁球形电机的磁极参数设计提供了一种寻优方法。

基于自适应干扰观测器的永磁球形电机连续非奇异终端滑模控制

针对新型永磁球形电机的轨迹跟踪问题,提出一种基于自适应干扰观测器的连续非奇异终端滑模控制策略。首先,通过拉格朗日第二方程构建了永磁球形电机在复合干扰下的动力学模型,根据线性叠加原理建立了永磁球形电机完整的转矩模型。然后,为降低复合干扰对永磁球形电机跟踪控制的影响,提出改进的自适应干扰观测器,估计永磁球形电机的外部扰动、摩擦力矩、动力学模型误差和转矩模型误差等在内的未知复合干扰。此外,基于永磁球形电机的名义动力学模型,提出连续非奇异终端滑模控制算法。最后,通过Lyapunov方法证明了该闭环控制系统的稳定性,分析了跟踪误差的收敛性。通过仿真对比和实验结果验证了所提出控制策略的有效性和精确性。

计及误差修正的变分模态分解-长短期记忆神经网络短期负荷预测

精确地短期负荷预测为电力系统经济调度和机组最优负荷分配交易奠定基础。因此,提出了一种将变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和长短期记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)结合的短期负荷预测模型,并使用支持向量回归(support vector regression,SVR)构建修正后的误差序列对初始预测序列补偿。首先,运用VMD算法将非平稳的负荷序列分解为多个相对平稳的模态分量;然后,将每个模态分量输入LSTM模型进行预测,并将各分量预测结果合并得到VMD-LSTM的预测结果;最后将残差值输入SVR模型中构造误差序列,来修正后一日的VMD-LSTM预测结果。通过实际案例测试,实验结果对比其他模型结果有更低的预测误差,证明所提方法的有效性。

复合干扰下永磁球形电机的全阶滑模控制

针对受外部干扰和模型不确定性影响的永磁球形电机运动系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的全阶滑模控制方法。首先,在复合干扰下建立永磁球形电机的动力学模型,其不确定性包括建模误差和外界干扰。其次,设计有限时间干扰观测器以快速、准确地估计出系统的复合干扰。然后,为永磁球形电机设计了全阶滑模面,理想滑模运动时反映其全阶动态特性,而不是传统滑模控制系统中的降阶动态特性。最后,通过李雅普诺夫定理证明了所提控制方法的闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明所提控制器在复合干扰情况下具有良好的动态特性和抗干扰能力。