基于图像融合与迁移学习的永磁同步电机驱动器强泛化性故障诊断研究

参数失配、死区效应、采样偏差、传感器故障、编码器故障等会导致永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)三相电流包含高次谐波,进而产生转矩脉动与振动噪声。针对这一问题,该文提出一种基于图像融合和深度学习的数据驱动方法诊断电驱系统故障。首先,以永磁同步电机驱动器三相电流信号作为原始数据源,结合仿真和实验建立多源故障数据库。其次,对三相电流信号进行短时傅里叶变换,得到时频域彩色图像,各相提取一种颜色形成灰度图表示单相特征。采用图像融合方法将3张灰度图融合为一张彩色频谱特征图。最后,应用SqueezeNet迁移学习对样本进行训练。实验结果表明,该方法综合故障诊断准确率达到98.63%,说明所提方法能实现系统级的多源故障诊断,并且具有较高的实用性与泛化性,可以有效提高故障诊断的准确率。

一种永磁同步电机效率优化控制策略研究

为提升永磁同步电机的效率指标,提出一种基于跟踪微分器的效率优化控制策略,该策略通过建立损耗模型,分析损耗功率与定子磁链的极值关系,在直接转矩控制下重构损耗功率函数,将损耗功率函数的电机参数个数降到最少,利用跟踪微分器来求解永磁同步电机不同运行工况下的最优定子磁链。该控制策略不仅能实现控制系统的全局效率最优,而且具有良好的动态特性和较强的鲁棒性。通过与传统损耗模型控制策略进行仿真实验结果对比分析,验证了所提控制策略的有效性。

计及悬浮系统影响的高速磁浮直线同步电机建模方法

为提高高速磁浮直线同步电机模型精度,基于电磁铁模块磁共能重构,提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法.首先,建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型,利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据,通过对磁共能进行傅里叶级数展开及多项式拟合构建磁共能的解析模型;其次,根据磁共能解析模型推导电磁铁模块的磁链、电压和推力方程;然后,根据列车编组数量和电磁铁模块数量分别建立左右两侧直线同步电机的数学模型,并通过运动学方程计算高速磁浮列车位置和速度;最后,通过硬件在环仿真系统进行实验验证.试验结果表明:本文所提建模方法与传统建模方法相比,推力波动幅值增加超过6.8%;并且所提方法可以准确表征悬浮系统对牵引控制的影响,当励磁电流谐波幅值增加0.5、1.0、2.0 A时,推力波动幅值分别最大增加54.3%、26.2%、83.7%;当励磁电流谐波频率为5、10、20 Hz时,推力的谐波频率最大达到5.14%,21.75%和14.17%.

基于仿射超局部的交流电机无模型预测控制策略

在复杂工况和运动状态下,交流电机系统因磁场耦合、铁心饱和等因素导致物理参数非线性时变,电机控制性能和系统鲁棒性弱化。针对上述问题,无模型预测控制策略利用交流电机变量之间的内在关系,构建数据驱动模型,从而摆脱对物理参数的依赖,并消除参数失配的影响。文中结合永磁同步电机驱动系统,提出一种仿射超局部模型,并设计无模型预测电流控制策略。该方法采用最小二乘算法对仿射算子进行在线估计,并设计状态补偿机制,通过ε-近似思想选取状态补偿增益,以实时反映系统运动特性。方法稳定性通过系统零极点分析进行验证,并通过实验验证对其有效性以及在模型适配性、电流质量和系统鲁棒性等优势进行验证。

基于自适应超螺旋滑模观测器的三相Vienna整流器无模型预测电流控制

三相Vienna整流器具有不需要考虑开关死区、可靠性高等优点,但参数易受外部扰动影响而导致控制性能下降。针对这些问题,该文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测电流控制策略(ASTSMO-MFPCC)。首先,通过分析三相Vienna整流器参数失配数学模型,构建不依赖系统物理参数的超局部模型。其次,设计超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分,有效抑制系统扰动影响。同时,设计自适应增益,动态调整超螺旋滑模观测器参数,解决增益选择难题。最后,构建离散化预测模型和成本函数,实现无模型预测电流控制算法。仿真与实验结果表明,所提策略具有良好的鲁棒性和动稳态性能。

基于自适应超螺旋滑模观测器的Buck变换器无模型预测控制

针对三相交错并联Buck变换器在外部干扰下影响系统鲁棒性和动态性能的问题,本文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测控制策略。首先,建立超局部模型代替原有的数学模型,设计自适应超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分。然后,引入最小二乘法预测电流误差趋势,动态调整观测器增益矩阵。最后,构建离散方程,设计代价函数,实现无模型预测控制。实验结果验证了所提算法可以有效抑制因外部扰动产生的稳态误差,且相较于传统无模型预测控制具有更好的鲁棒性和动态性能。

基于粒子群算法的永磁同步电机模型预测控制权重系数设计

针对模型预测控制算法(MPC)在处理多目标多约束条件时权重系数设计问题,该文提出一种基于混沌变异的动态重组多种群粒子群算法(CDMSPSO)实现权重系数自整定。通过分析模型预测转矩控制(MPTC)代价函数,以两相旋转坐标系下电流误差方均根为参考,将降低转矩脉动和减小电流总谐波畸变(THD)作为主要控制目标,设计粒子群算法中粒子的目标函数。采用CDMSPSO算法,将整个种群划分为多个小的子粒子群,并以一定重组周期将粒子进行随机重组,然后随机选择一个子粒子群,以其中任一粒子为基础迭代生成混沌序列,并将新的混沌序列替代选择的子粒子群,实现粒子的混沌变异。仿真和实验结果验证了该方法能较好地解决权重系数整定问题,且稳态性能优异。

基于自适应高增益观测器的永磁同步电机预测电流控制方法

针对永磁同步电机(permanentmagnetsynchronous motor,PMSM)预测控制系统的模型失配、时变矩阵及观测器增益选择问题,提出基于自适应高增益观测器的预测电流控制方法(predictive current control based on an adaptive high-gain observer,AHGOPCC)。通过构建PMSM的前馈型扩张数学模型,集成考虑电机电阻、电感、磁链参数扰动项。提出基于前馈型扩张标称数学模型的高增益观测器,有效跟踪和估计电流与扰动状态及抑制转速变化引起的扰动。同时,设计自适应观测器增益矩阵满足全速工况的高增益条件,简化观测器的增益选择。在此基础上,构建离散化电流模型和成本函数,实现预测电流控制算法。实验结果证明了该方法的有效性,在多种工况下具备更优的快速性、鲁棒性及稳定性。

交错并联PFC变换器的预测控制研究

针对交错并联图腾柱PFC拓扑在电感电流连续导电模式CCM(Continue Conduction Mode)下,占空比预测控制中系统存在二次谐波以及特定次谐波的问题,设计对特定频率谐波有良好跟踪特性的PR控制器,补偿占空比预测控制的谐波分量。同时,在电压外环中设计陷波器,对特定次谐波进行滤波和反馈补偿。仿真实验结果证明,基于PR控制器与陷波器的占空比预测控制系统,在保留了系统快速动态性的基础上,输入电流很好的得到滤波,电流的THD(Total Harmonic Distortion)值明显减小,谐波含量降低,提高了输入电能的质量,实现PFC功能。

基于集成优化的感应电机无权重系数预测转矩控制

预测转矩控制作为一种新兴的控制策略,通过计算目标函数中的转矩与磁链误差,选取最优开关状态,近年来被广泛应用于交流调速电机系统。与传统的矢量控制相比,预测转矩控制具有动态响应快、开关频率低等优势。为统一目标函数中不同误差项的量纲,预测转矩控制需要设计系数用于调节转矩与磁链误差的权重。然而,依据经验设计的权重系数难以适应不同工况条件。针对以上问题,该文提出一种基于集成优化结构的无权重系数预测转矩控制策略。该控制策略同时优化转矩与磁链误差项,分别得到3个转矩最优与磁链最优的开关状态序列,通过集成优化算法求解最优开关状态。实验结果表明,基于集成优化的无权重系数预测转矩控制在多种工况下具备较好的稳态与动态性能。

基于双矢量的并网逆变器无模型预测电流控制策略

为消除并网逆变器模型预测控制对系统参数的依赖,该文提出一种基于双矢量的并网逆变器无模型预测电流控制(MFPCC)策略。该策略通过计算和存储上一时刻双矢量作用下的电流梯度,更新剩余6个未使用矢量的电流梯度,并结合当前时刻的电流采样值,实现未来时刻的电流预测;进一步利用电流预测的价值函数选取合适的电流梯度及其作用时间,从而得到下一时刻最优的电压矢量。该方法不依赖于任何系统参数、计算量小,且消除了传统MFPCC策略中电流梯度更新停滞现象,降低了输出电流谐波。最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性和优越性。

多频多负载无线充电系统负载与互感辨识

多负载无线充电系统耦合线圈位置及受电设备阻抗变化,导致系统模型参数发生偏移,影响系统传输效率。此处提出一种多频多负载无线充电系统负载与互感辨识方法,根据不同频率下系统输入阻抗建立互感与负载关系的数学模型,然后以输出电压实际值与理论值误差作为适应度函数设计粒子群算法,实现负载与互感的参数辨识。辨识过程中引入滑窗离散傅里叶变换(SDFT)分离初级电路混频电流分量。实验结果表明,该方法能够准确辨识出互感与负载的大小,为设计高效能系统提供了理论支撑。

基于扩张状态观测器的移相全桥变换器无模型预测电流控制

针对移相全桥变换器易受到外部扰动导致控制性能下降的问题,提出一种基于扩张状态观测器的移相全桥变换器无模型预测电流控制策略(ESO-MFPCC)。建立变换器不依赖系统参数的超局部模型,替代原有复杂精确模型;设计扩张状态观测器估计超局部模型中的干扰部分,引入占空比补偿环节,削弱换流过程中产生的固有占空比丢失影响,提升系统的控制精度;离散化系统预测模型,结合无差拍控制策略,输出最优等效占空比。实验结果表明,该控制策略具有良好的鲁棒性和动态性能。

CLLLC谐振式变换器的广义预测控制

针对CLLLC谐振式双向DC/DC变换器的模型复杂、环路设计困难以及动态特性慢等问题,提出了一种基于低阶等效模型的广义预测电压控制GPVC(generalized predictivevoltagecontrol)算法。首先通过扫频方法拟合得到变换器低阶等效模型;其次设计一种基于模型的GPVC策略,构建成本函数;最后,搭建实验样机实现预测电压控制算法。实验结果证明了所提控制策略的有效性,在多种工况下相比传统PI控制方法具有更优的稳态性、动态性和鲁棒性。

基于在线扰动补偿的三电平PWM整流器级联式无差拍控制策略

该文以三电平脉宽调制(PWM)整流器为研究对象,提出一种基于在线扰动补偿的级联式无差拍控制(CDBC)策略。该策略内外环均采用了无差拍控制方式,并建立龙伯格观测器分别对功率模型扰动和负载扰动进行估计和补偿,实现有功功率和无功功率的解耦控制以及系统快速响应。在参数设计方面,采用极点配置方法整定观测器增益,并引入期望周期数对电压环系数进行调节,从而实现内外环较高匹配性。在稳态和动态条件下,对所提控制策略进行仿真和实验,结果表明,相比于传统的无差拍功率控制(DBPC),所提控制策略可以实现更加准确的单位功率因数和更强的抗负载扰动能力。

无线充电系统无抖振滑模稳压输出控制策略

磁耦合无线充电系统在线圈偏移、给定电压变化等情况下,采用滑模控制(SMC)容易产生抖振,输出电压纹波大。这里提出一种模糊逻辑设计并切换滑动扇区的无抖振滑模输出电压控制策略,根据被控电压误差设计不同的滑动扇区,且趋近律基于连续变化项进行设计。该算法可以消除扰动产生的误差与抖振。为提高控制系统的鲁棒性,采用模糊规则设计了切换控制与等效控制增益系数。实验结果表明,该方法能提高系统的抗偏移能力,保证系统稳定输出。

基于PSO的模型预测速度控制权重系数自整定

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测速度控制,提出了一种基于改进粒子群优化(PSO)算法的权重系数在线自整定方法。由于传统模型预测速度控制包含多个权重系数,无法保证权重系数的最优。设计了一种混沌PSO算法,将实际电流与参考电流误差的均方根作为PSO算法的目标函数,通过迭代寻优获得符合最小化目标函数的权重系数。改进的PSO算法加强前期局部搜索能力,在搜索后期促进粒子收敛到最优全局解。实验结果验证了改进的PSO算法可实现权重系数实时的自整定,设计的权重系数使系统具有良好的稳态性能。

LCL-S型无线电能传输系统负载与互感辨识方法

针对无线电能传输系统因线圈偏移、受电设备阻抗变化等导致系统模型参数不精确的问题,提出一种基于粒子群算法的LCL-S型无线电能传输系统负载与互感辨识方法。根据LCL-S补偿拓扑原边恒流及副边恒压的输出特性,采用滤波电容能量守恒理论,建立负载输出电压与互感、原边线圈电压与负载的数学描述。以输出电压理论值与实际值之间的误差构建成本函数,设计粒子群算法,通过数值寻优实现参数的辨识。仿真与实验结果均验证了该方法能够较为准确地辨识出互感与负载大小,且无需增加额外硬件电路及控制,降低了系统复杂程度。