基于改进无差拍控制的MMC超级电容储能系统补偿电流性能优化研究

针对传统电流控制下的模块化多电平换流器(MMC)超级电容(SC)储能系统补偿电流动态响应阶段波动较大的问题,通过提出改进无差拍控制算法重复预测周期电流并结合在线电感参数计算,优化MMC超级电容储能系统补偿电流动态响应性能,降低了设备交流侧电流畸变,消除了稳态运行状态下桥臂电感参数变化对改进无差拍电流控制的影响,提高了系统的鲁棒性。搭建了Simulink仿真模型,对所提出的改进方法的可行性和优越性进行了验证。

多端口能量互补设备多工况协调控制

多端口能量互补设备在多工况下的稳定运行以及工况间的平滑切换是保证电网平滑运行的重要支撑。针对设备内分布式发电的波动性,基于分层控制策略,文中先提出了一种并离网模式下多工况划分方法,通过本地控制层与中央管理层两层间端口参数和控制指令的协调配合来维持设备在所提多个工况下的功率平衡。其次,又提出了一种改进的并离网平滑切换方法,并在此基础上加入电压监测来避免电压正常波动所引起的工况频繁切换。最后,在MATLAB中搭建3种典型运行场景的仿真模型以验证其可行性。仿真结果表明,直流母线电压在典型场景的工况切换过程中能够迅速恢复到稳定状态,且波动在0.5%以内;同时改进的并离网平滑切换方法能够在30 ms内实现预同步,能够满足稳定、快速的运行要求。

基于电感特性的磁阻式球形电机无传感器位置检测

球形电机的转子姿态检测通常需要在转子轴或定子壳上安装位置传感器来实现,这些传感器所占用的空间较大,为球形电机的实际安装和应用造成了负面影响。本文根据磁阻式球形电机的结构与运行特点,提出了一种基于电感特性的磁阻式球形电机无传感器位置检测方法。通过实时检测不同转子姿态角度下的定子线圈电感数据,然后利用极限学习机(ELM)算法搭建位置预测模型。通过对比验证,证明了该方法得到的转子姿态角度精度较高,为磁阻式球形电机的控制与应用提供了可行的思路。

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。

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。

共模电压减小的五电平ANPC快速模型预测控制

针对三相五电平有源中点箝位型(ANPC)逆变器共模电压和电容电压平衡问题,提出了一种具有共模电压减小的快速模型预测控制(MPC)策略。首先,通过建立变换器输出共模电压的数学模型,舍去对共模电压影响较大的电压空间矢量,有效抑制了共模电压的脉动;在此基础上通过扇区划分,减少了控制集内的电压矢量数;然后根据悬浮电容电压采样值选择合适的开关状态,控制了悬浮电容电压的平衡。最后,将负载电流和上、下直流母线电容电压值作为预测模型的输入,选择价值函数最小的开关状态作为控制器的输出。此方法在平衡电容电压和减小共模电压脉动的基础上,降低了价值函数构建的复杂性,减小了控制器的计算量,提高了计算效率。

基于改进粒子群优化算法的永磁球形电机驱动策略研究

永磁球形电机(PMSpM)是一种结构紧凑、可多自由运动的单关节传动装置。该文提出一种适用于PMSpM驱动策略优化的改进粒子群优化(IPSO)算法,该算法可实时计算PMSpM期望转矩所对应的线圈驱动电流。首先,通过圆环函数建立PMSpM转矩解析模型,并构建转矩Map图;然后,在确定种群数量后为标准粒子群优化(PSO)算法引入自适应动态惯性权重和自适应学习因子,将所提IPSO算法与PSO算法进行仿真对比,仿真结果表明,在同样的精度下采用IPSO算法计算驱动电流比采用PSO算法有更快的计算速度;最后,通过PMSpM控制试验进一步证明了该仿真结论的正确性。

基于热磁耦合的永磁同步电机温升预测

永磁同步电机(PMSM)由于体积小、转矩大,一般具有极高的热损耗密度,因此对PMSM进行准确的温度预测具有重要意义。首先,系统地研究了温度对PMSM发热的影响,采用有限元电磁仿真方法,计算了PMSM不同温度下的热损耗,并将其绘制成了曲线图。然后,利用所得到的热损耗图,对PMSM在2个试验工况下的温升进行了数值模拟。结果表明:与不考虑温度影响的热模拟结果相比,考虑温度效应的计算结果与实测结果吻合较好。

基于平滑S形曲线的永磁球形电机轨迹规划

为了提高永磁球形电机在给定轨迹运行时速度的平滑性,减小运行过程中加加速度突变对系统造成的冲击影响,提出了一种平滑S形曲线的永磁球形电机轨迹规划算法。为了描述转子输出轴末端姿态角信息,通过坐标变换原理求解出转子输出轴末端起止点之间的欧拉旋转角;根据预设轨迹规划策略反解出S形曲线对应的加速度方程,并通过转子动力学模型获得对应控制转矩;对于S形曲线的加加速度存在阶跃现象的问题,利用正弦函数无限可导的特点拟合改进原S形曲线,使得转子输出角速度、角加加速度均平滑连续,提高了控制系统的柔性,并通过动力学仿真验证了轨迹规划算法的可行性。

基于转矩解析模型和遗传算法的球形电机电流优化计算

为了提高永磁球形电机的分析效率,本文采用洛伦兹力法建立了电机的转矩插值模型,同时提出了一种基于遗传算法优化的电机驱动电流计算方法。首先,基于圆环电流法和洛伦兹力法分析了电机的转子磁场和通电线圈的电磁转矩,建立了电机的转矩插值解析模型,该模型在保证准确度的同时显著提高了分析速度。其次,基于此转矩模型,采用遗传算法优化计算了不同姿态下的电机驱动电流,分析了不同优化目标下的电流计算结果。最后,通过实验验证了电流计算结果的正确性和可行性,为电机后续的通电策略研究提供了参考意义。

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VMD-CNN的小电流接地系统故障电弧检测方法研究

构建准确且符合特定场景的电弧模型,研究电弧小电流接地的电流信号特征,并基于可量测电气量信号进行处理,对于及时可靠辨识故障电弧具有重要意义。提出一种小电流接地系统故障电弧的检测方法,通过建立故障电弧模型,基于变分模态分解算法(Variational Mode Decomposition,VMD)和卷积神经网络算法(Convolution Neural Network,CNN)对故障电弧进行准确辨识。首先,采用改进“控制论”电弧模型,基于PSCAD软件平台搭建了典型10 kV配电网仿真模型和接地“控制论”电弧模型。其次,采用变分模态分解算法对故障情况下的电气信号进行处理,得到4组电流信号的固有模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)。然后,提取包含信号基频成分的第一组IMF(IMF1)作为卷积神经网络(CNN)的输入。最后,应用CNN对IMF1进行特征识别,正确辨识正常与电弧故障情境。实验与仿真结果显示,通过利用VMD-CNN识别方法,提高了对原始电流信号识别准确度,能准确检测出故障电弧。

基于格林函数的逆变器IGBT实时温升建模

车用电驱动系统的逆变器通常工作于复杂工况,因此需要对其瞬态结温进行实时预测。基于格林函数方法,在形式上推导出逆变器的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)瞬时温升的解析模型,并采用数值仿真的方法,拟合得到模型所需的单位温度冷却函数和单位阶跃响应函数。最后通过电驱动系统逆变器IGBT结温试验,验证了该模型的有效性。所提模型兼具数值仿真方法的精确度以及解析模型的计算效率,因此适用于逆变器IGBT实时温升预测和热管理。