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感应电机全阶磁链观测器反馈矩阵增益研究
王傲能, 丁  炜, 祝兵权, 彭  洵
2024, 52 (8): 53-57.  
基于自适应全阶磁链观测器的感应电机无编码器矢量控制技术在工业电气传动领域获得广泛应用,其反馈矩阵增益对于提高感应电机控制性能至关重要。 根据速度估算系统的稳定性条件推导出反馈增益设计要求,获得特定的反馈增益以保证系统的完全稳定性。 在 DSP 控制平台上通过欧拉法对全阶磁链观测器进行离散化,利用 7. 5 kW 的感应电机对拖机组对推导的反馈增益有效性进行了实验验证。 结果表明,该速度估算系统能保证电机在全调速范围内稳定运行。
基于蜣螂优化算法的永磁同步电机模型预测转矩控制
黄文杰, 董学育, 朱建忠
2024, 52 (7): 67-71.  
针对永磁同步电机传统控制系统的转速跟踪能力差和抗扰性能弱等问题,提出一种基于蜣螂优化算法的永磁同步电机模型预测转矩控制( DBO-MPTC) 策略。 建立起基于传统模型预测控制的永磁同步电机离散系统,随后引入蜣螂优化算法参与到控制器参数的在线整定。 搭建了基于蜣螂优化算法的预测控制仿真模型,验证所提策略的优越性。 仿真结果表明,相较于传统模型预测控制,采用 DBO-MPTC 控制策略,提高了永磁同步电机的速度响应和抗干扰能力。
基于 ANSYS Maxwell 的永磁直流空心杯电机三维仿真分析
马  超, 葛发华, 刘  勇, 曾晓松, 卓  亮, 孟繁懿
2024, 52 (5): 18-21.  
以某型永磁直流伺服空心杯电机为例,利用 ANSYS Maxwell 软件建立三维有限元分析模型,对零件赋予材料属性及设置激励源,通过改进外电路设置及网格剖分方法,得到模型在稳态的磁场分布及瞬态的输出特性结果。 对比 3 款电机的有限元与实测结果,结果表明,模拟数值与实测数值偏差均在 5%以内,验证该有限元分析方法具有较高的准确性,为该类型电机的正向设计及优化提供理论依据。
双电机同步控制技术综述
鲍晓明 , 林  涛 , 郑晓翔 , 魏  军 , 李玮剑 , 高开元 , 孙志锋
2024, 52 (8): 68-73.  
双电机驱动系统在运动控制领域有着广泛的应用,研究双电机同步控制技术对提升系统性能至关重要。 随着工业生产对电机同步控制精度的要求不断提高,研究者们针对传统的控制方案进行了许多改进,并结合智能算法提出了许多新的控制策略。 综述了近几年学界对双电机同步控制技术的研究成果,涵盖了并行控制、主从控制、交叉耦合控制等控制结构,以及模糊控制、滑模控制、神经网络控制等控制算法,分析了引起同步误差的各项因素,总结了未来的研究方向。
高能量密度低功耗一体化机器人动力轮模组技术研究
赖建林, 陈  亮
2024, 52 (10): 58-60.  
针对传统自动引导车( AGV) 和自主移动机器人( AMR) 传动链存在的低能量密度、高能耗、大尺寸等问题,提出了一种集成电机、减速机、抱闸和编码器的一体化机器人动力轮模组设计。 该设计采用大中空电机内嵌减速机的一体化设计技术,显著减少了传动链占用的空间,从而提升了 AGV / AMR 的底盘空间利用率和整车性能。 与传统设计方案相比,该动力轮模组实现了 12%的能量密度提升和 23%的效率增加,有效降低了功耗损失,为 AGV /AMR 的传动链设计提供了一种高效、紧凑的解决方案。
交错磁极混合励磁同步发电机冷却系统设计与温度场计算
赵浩然, 吴胜男
2024, 52 (6): 8-12.  
为了进一步降低电机性能受温升限制的影响,对一台交错磁极混合励磁同发步电机提出了机壳水冷和环形水冷盘相结合的冷却系统。 基于计算流体力学( CFD) 和传热学理论,建立三维流体场和温度场模型,分析在相同进水流量下单水道、双水道及加入扰流片三种水冷盘的散热性能,对水冷盘壁厚及相邻扰流片间的夹角进行了优化。 对优化后的冷却方案进行温度场仿真,得到电机各个部件的温升。 仿真结果表明,与传统的机壳螺旋水道结构相比,加入水冷盘结构能够有效降低发电机各部分温升,提高发电机的冷却散热能力。
基于改进双滑模的永磁同步电机无位置传感器控制策略
温  超, 邱  楠
2024, 52 (6): 43-48.  
针对永磁同步电机速度环传统 PI 控制存在动态响应差、超调量大以及传统滑模观测器观测精度低、抖振严重等问题,设计一种基于改进双滑模算法的无位置传感器控制策略。 提出一种新型变指数趋近律,在此基础上结合微分积分滑模理论和新型切换函数设计滑模速度控制器代替传统 PI 控制器。 引入扩张状态观测器补偿控制器未知扰动,实现速度环抗扰动复合滑模控制。 基于 Super-Twisting 算法设计高阶滑模观测器并使用正交锁相环提取速度和位置信息。 仿真结果表明,所设计的改进双滑模控制策略能够有效地提高系统的动态控制性能,提升观测精度,同时具有更好的抗扰动能力。
电机控制器散热结构多目标优化
巫仟煌 , 江吉彬 , 郑金波 , 俞希伟 , 颜冰钧
2024, 52 (8): 20-25.  
为研究电机控制器液冷板结构优化设计的问题,提高液冷板的散热效果,利用流体仿真软件 Fluent 建立热固流耦合模型,分析了液冷板内部流道的宽度、高度以及冷却液的流速对散热性能的影响。 通过最大、最小拉丁采样试验设计方法获取参数组合,根据数值模拟结果建立了多项式响应面代理模型,并采用 NSGA-II 算法,以液冷板流道宽度、流道高度和冷却液流速作为设计变量,以 MOSFET 温度和液冷板压降作为目标函数进行多目标优化,通过 Fluent 软件仿真验证优化结果。 结果表明,优化后的液冷板在散热方面的性能提升了 1. 3%,压降方面的性能提升了 6. 89%,提高了电机控制器液冷板的综合性能。
基于非线性磁链观测器的内置式永磁同步电机无感控制
吴新兵 , 章  玮 , 冯帅伟
2024, 52 (12): 44-48.  
非线性磁链方法以良好的低速性能和优异的起动带载能力,全程无需算法切换,在表贴式永磁电机无感控制上得到了广泛应用。 为了解决非线性磁链观测器在内置式永磁同步电机( IPMSM) 的无感控制应用问题,根据非线性磁链观测原理和 IPMSM 状态方程,基于有效磁链的概念,设计了一种也适用内置式永磁同步电机的非线性磁链算法。 仿真及实验结果表明,提出的内置式永磁电机非线性磁链方法参数调试简单,电机动态响应快,估算转速波动和角度跟踪误差小,参数变化的鲁棒性强,具有较高的工程实用价值。
永磁同步电机在航天指向机构产品中的应用
蒋范明 , 周长昱 , 陈  伟 , 石星星 , 孙海林
2024, 52 (8): 63-67.  
针对基于步进电机加减速器驱动的传统指向机构产品伺服性能偏低的问题,将新一代指向机构产品中的执行单元升级为永磁同步直驱方式,在位置、速度指令接口的基础上,增加跟踪偏差指令接口以实现大系统闭环控制架构,并设计了合理的跟踪偏差校正算法。 经系统级实验验证, 永磁同步电机直驱类指向机构产品可以满足激光通信、高分辨率遥感相机等载荷对运动平台的伺服性能需求。
改进星鸦优化算法的无刷直流电机控制研究
王  博, 李昕涛, 王  珂, 石  磊, 常  达
2025, 53 (1): 53-59.  
针对无刷直流电机双闭环控制系统存在响应速度慢、控制精度低等问题,标准的星鸦优化算法( NOA)收敛速度较慢,研究一种改进星鸦优化算法( INOA) 优化 PID 控制器参数整定策略。 利用佳点集初始化种群,丰富星鸦种群多样性;加入随机惯性权重,用于平衡 INOA 的探索与开发;运用透镜成像反向学习策略对最优解进行贪婪学习,扩充最优解区间。 选取 4 组基准测试函数对 INOA 性能进行评估,进一步证明改进算法的有效性和可行性。在空载、突加转速和突加负载 3 种条件下进行仿真实验,仿真结果表明,相较于传统 PID 控制与模糊 PID 控制,采用改进星鸦优化算法的 PID 调速系统转速响应更快、控制精度更高。
高温高功率密度永磁伺服电机电磁热耦合设计
陆  英, 雷  展, 王汉丰, 杨素香
2024, 52 (9): 42-46.  
介绍了一种适应高温、高功率密度永磁伺服电机热设计方法。 通过国内外技术发展现状分析,结合高温环境应用,分析永磁交流伺服驱动电机在适应高温、高功率密度方面的电磁、热设计技术难点,通过提升永磁交流伺服电机电磁、热联合设计方法,提升高功率密度永磁伺服电机的高温适应性。
IPMSM 倒余弦转子外形叠加正弦函数的降噪效果研究
阮秋航 , 尹华杰 , 邱小华 , 袁子聪
2024, 52 (7): 8-12.  
针对永磁同步电机负载气隙磁场谐波含量丰富而造成振动噪音过大的问题,提出一种新型转子结构,在倒余弦削极的基础上,叠加一个幅值相位可调的正弦函数,通过调节其幅值和相位来削弱负载气隙磁密谐波,从而抑制电机的振动噪声。 采用田口法,选取负载气隙磁密 THD 和电磁转矩 Te 为优化目标,选取叠加正弦函数的幅值、相位和转子 q 轴半径为优化参数并进行正交试验,得到了优化参数的最佳组合。 进行了样机制作和实验测试,结果表明,新型转子结构比原始结构的 A 加权声压级最大值降低了 5. 9 dB( A) ,验证了该新型不对称转子结构可有效降低电机振动噪声。
低地板电机圆铜线集中式成形绕组制造工艺分析及设计
黄志强, 韦在凤
2024, 52 (5): 74-76.  
低地板电机集中式成形绕组制作在线圈绕组和成形固化存在工艺难点。 从布线方案设计、绕线模具设计等方面,保证了绕组绕制工艺的可靠。 在绕组固化工艺方面,通过加热固化和通大电流对比,结合试验验证情况,选取最优线匝胶化成形工艺。
考虑转矩脉动的电动汽车传动系统扭转振动抑制
陈  磊, 江  尚, 刘  帅
2024, 52 (5): 52-57.  
车用电机低频转矩脉动极易引发电驱动传动系统的扭转振动,降低电动汽车的驾乘体验。 采用集中参数法建立典型电驱动传动系统动力学模型,获取传动系统在转矩脉动作用下的扭转振动频率分布规律;利用电机有限元仿真获取电机转矩脉动在齿槽、铁心磁饱和、磁场非正弦等因素作用下的数值解,并建立以定子电流为变量的转矩脉动精确解析模型;提出削弱低频转矩脉动的参考电流谐波设计与电流谐波闭环控制方法,实现电驱动传动系统扭转振动的主动抑制;在 MATLAB / Simulink 中完成电机转矩脉动模型与传动系统动力学模型的联合仿真,验证所述传动系统扭转振动特性分析与主动抑制的有效性。
精粗双层绕组磁浮平面电机线圈厚度影响分析
赵  烁, 曾理湛
2024, 52 (6): 1-7.  
新型精粗双层绕组磁浮平面电机( FCDLWMPM) 利用靠近磁体的下层线圈产生加速推力、离磁体较远的上层线圈保证匀速运动精度,可兼顾光刻运动不断提升的加速度与精度要求。 FCDLWMPM 高加速度运动生成的铜耗和谐波力会影响系统精度,而线圈厚度是影响铜耗和谐波力的关键设计参数。 对FCDLWMPM 进行了电磁力及铜耗建模,介绍了 FCDLWMPM 的电磁结构及工作模式。 基于永磁阵列磁场谐波模型、洛伦兹定律,进行了单线圈电磁力解析求解,推导了 DQ 解耦控制下的上下层线圈阵列电磁力方程,进而得出了光刻运动下的电机铜耗方程和谐波力占比函数。 求解上下层线圈厚度参数值,得到双层绕组厚度对铜耗和谐波力占比的影响规律,讨论双层绕组厚度参数的选择以有效减小铜耗和谐波力占比。
转子槽数对无刷交流励磁机的空载噪声影响
赵  博 , 黄贤法 , 翁德红 , 田  康 , 鲍晓华
2024, 52 (9): 1-5.  
为减少无刷交流励磁机的电磁噪声,提出一种无刷交流励磁机径向电磁力和交变弯曲力矩的解析模型。 根据磁导法,得到空载气隙磁场的解析表达式,进而推导出径向电磁力和交变弯曲力矩的表达式,得到励磁机电磁噪声的主要阶次和转子槽数的关系。 通过增加转子槽数可以有效削弱主极磁场和一阶齿谐波引起的噪声,多物理耦合有限元仿真和傅里叶方法验证了结果。
双三相永磁同步电机鲁棒滑模预测速度控制
颜秉洋 , 贺鸿彬 , 汪凤翔
2024, 52 (7): 51-56.  
为提高双三相永磁同步电机系统应对复杂扰动时的鲁棒性,提出了一种带有最速下降观测器的滑模预测速度控制策略。 通过将参数变化和外部扰动注入到 q 轴电流系数,建立了带有扰动的双三相永磁同步电机运动模型。 基于电机扰动模型提出了一种滑模预测速度控制策略,该方案使用基于双曲正切函数的新型幂次趋近律,能够在保持较快跟踪速度的同时有效抑制滑模抖振。 设计了一个基于最速下降算法的扰动观测器,用于估计随叠加扰动而时刻变化的 q 轴电流系数并将其传递到滑模预测速度控制模型中。 与传统的滑模预测速度控制相比,仿真结果证明了所提方法具有较好的动态跟踪性能和扰动抑制性能。
一种同步伺服控制系统控制软件通用架构设计方法
段卓琳, 王  腾, 董星言, 王伟洋, 蒋雨菲, 温之绪
2024, 52 (5): 58-64.  
传统同步伺服控制系统控制软件传统顺序执行架构,具有通用性和可扩展性差、效率低,运行时间长,周期性函数执行周期精度低等问题。 基于时间片轮询的任务调度算法,提出了一种新的控制软件通用架构。 该方法调度管理函数在主函数中运行,不占用中断程序时间,对某个调度任务执行经过的中断周期总数计数,提高了任务调度周期的准确性。 提出了通过设置首次上传延时,避免多个周期信息同时,上传造成拥堵的调度方法。 缩短了控制软件中断服务程序运行时间,解决了原控制程序顺序执行时周期信息上传周期不准确、多个上传时的拥堵等问题,提高了控制软件的通用性、可扩展性。
基于有限元的防蠕变 O 形圈预紧力研究
谢  峰, 姬  峰 , 王  真
2024, 52 (6): 26-29.  
针对伺服电机浮动端轴承出现的跑外圈问题,通常采用增加橡胶 O 形圈来进行相应处理。 由于 O 形圈的尺寸规格,以及 O 形圈的开槽尺寸和公差,直接会影响到防跑圈力矩,在选用 O 形圈规格和设计 O 形圈槽的尺寸时需要核算相关内容。 采用有限元法,对不同硬度和不同沟槽尺寸下 O 形圈提供的预紧力和防跑圈力矩进行分析计算,该计算方法对 O 形圈的选型和 O 形圈沟槽的设计具有一定的指导意义。
矿用限矩型永磁磁力耦合器设计及应用
孟庆灵, 武  熙 , 高冠华 , 李会敬 , 张  新 , 赵佳伟
2024, 52 (8): 36-39.  
针对目前煤矿带式输送机在运行过程中经常出现的重载起动、过载运行,以及输送机传动系统中所使用的液力耦合器、普通联轴器等传统传动联接装置在运行过程中存在的高温、漏液污染环境、难以维护等情况,设计一种矿用限矩型永磁磁力耦合器,通过导体盘与磁体盘之间的无接触相对运动,实现驱动电机端与工作负载端之间的动力传递。 该永磁耦合器具有对中性要求不高、环保节能、高效传递、易于维护等突出优势,且能够实现驱动电机软起动,具有过载保护功能。 通过采用永磁限矩器代替液力耦合器,可以优化带式输送机驱动系统,不仅提升了煤矿运输设备的可靠性与稳定性,还有效实现节能降耗,符合煤矿智能化、自动化生产装备的性能要求。
家用空调用无刷直流电机瞬态高压脉冲抑制研究
石正攀, 吴彬彬
2024, 52 (5): 48-51.  
家用空调风扇用无刷直流电机受外界干扰产生瞬态高压脉冲而损伤电机内置芯片的问题备受行业关注。 通过对故障品的分析,手动摇晃插头模拟瞬间断电进行故障复现,证明市场浪涌电压对电机芯片产生不良的影响。 提高无刷直流电机抗浪涌过压能力,确保空调长期正常运行十分重要。 在 Vm 高压回路上设计一种瞬态脉冲抑制电路,通过芯片浪涌激发评价模型进行对比验证,发现脉冲抑制电路对浪涌电压有较好的抑制作用。 设计一种刚性凸点端子结构,并通过带电运行的振动实验,验证端子插接过程的可靠性,降低了瞬间断电引入浪涌的概率。 为空调风扇用无刷直流电机芯片抗浪涌提出改善方向。
考虑悬浮牵引耦合的常导高速磁浮列车牵引性能仿真
张凯翔, 卢琴芬, 方攸同
2024, 52 (7): 1-7.  
常导高速磁浮列车长定子直线同步电机( LLSM) 定子电枢电流和动子励磁电流产生的磁动势共同作用形成气隙磁场,实现车辆悬浮和牵引,所以悬浮力和牵引力之间存在耦合。 基于 MATLAB / Simulink 建立了牵引供电系统的仿真模型,采用不考虑悬浮牵引耦合的 LLSM 数学模型,在恒定励磁电流条件下仿真计算了牵引性能;采用考虑悬浮牵引耦合的 LLSM 数学模型,其以有限元仿真数据为样本库,基于线性回归最小二乘方法拟合得到,在恒定悬浮力条件下仿真计算了牵引性能。 通过对比两种仿真结果,分析了耦合作用的影响。
串联式齿轮传动大量程角位移传感器设计
白  鸽 , 彭春增 , 翟志豪 , 葛  闯 , 效  益
2024, 52 (6): 13-16.  
旋转差动变压器式角位移传感器在机载领域具有广泛的应用,采用齿轮传动的方式可实现其量程的扩展。 分析了传统并联式齿轮传动结构存在的不足,设计了串联式的齿轮传动结构。 该结构相比于并联式具有结构紧凑、质量轻、成本低等优点。 采用该串联式方案研制出了某型航空发动机双余度喷口角位移传感器,进行环境试验前、后的产品性能测试及产品质量测量。 测试结果表明,传感器内部齿轮传动机构可实现角度的准确、可靠传递。 串联式齿轮传动传感器在-65° ~ 65°范围内具有优异的输出特性,与并联式齿轮传动结构的传感器相比,约减重 32%。
基于命令滤波的多电机协同控制设计及多轴辊压系统应用
史  狄 , 孙吉华 , 接道良 , 梁延刚 , 陆彬盛 , 陈煜华 , 辛洪敏
2024, 52 (7): 62-66.  
针对多电机同步驱动的调速及伺服系统高精度协同控制问题,设计了基于命令滤波反步技术及虚拟主轴同步控制策略的高性能协同控制方法。 结合永磁同步电机动力学模型与直轴电流闭环为 0 的矢量控制策略,构建交直轴解耦的简化多电机模型。 基于命令滤波反步技术,设计多电机协同控制器,避免传统反步法控制器设计过程中的项数爆炸问题。 进一步采用虚拟主轴同步控制策略设计多个电机之间的同步反馈信号,避免“ 伺服打架” 现象产生的额外能量损耗及机械结构损伤。 将所设计控制方法应用在烟草多轴辊压系统中,通过实际生产数据验证了所提方法的有效性与优越性。
轴向磁通切换永磁电机研究进展综述#br#
雷招然, 康  军, 孙兆龙, 黄垂兵
2024, 52 (7): 72-82.  
轴向磁通切换永磁电机( ASFPM) 结合了轴向磁通永磁电机与磁通切换电机的特征,凭借其轴向长度短、结构紧凑、功率高、转矩密度高、 散热方便等优势, 在电动汽车、 电动飞机、 风力发电等领域广泛应用。 介绍了ASFPM 电机典型拓扑结构,在电机设计与分析方法、齿槽转矩抑制技术、损耗与热性能分析与优化、控制技术、应用分析等方面对国内外研究现状及进展进行综述,并对该类电机当前的应用情况进行整理。 基于 ASFPM 电机的研究现状,对未来的研究方向进行了探讨。
三相电流不对称对永磁同步电机电磁力波的研究
刘莹莹
2024, 52 (9): 30-33.  
通过有限元法研究了三相不对称电流对永磁同步电机径向电磁力的影响。 经理论分析推导,三相电流不平衡条件下,电机会产生了 0 阶 2 倍频径向电磁力。 以一台 3 kW 永磁同步电机为例,建立了有限元分析模型,分别对电机处于三相电流平衡与不平衡时的电磁力进行仿真计算,仿真结果验证了理论推导的正确性。
基于混合粒子群优化算法的永磁同步电机参数辨识
李  强 , 周士贵 , 曹凤斌 , 俞力豪 , 张顺杰 , 张可程
2024, 52 (6): 55-61.  
永磁同步电机( PMSM) 在实际应用中是一种强非线性系统,运行过程中由于温度和磁饱和等因素造成电机参数发生变化,进而影响 PMSM 控制效果。 为了提高 PMSM 的控制性能,在对永磁同步电机无差拍电流预测控制系统深入分析的基础上,提出了一种基于模型参考自适应( MRAS) 和遗传粒子群( GAPSO) 混合优化的在线参数辨识算法。 该算法通过 MRAS 初步辨识 PMSM 的电气参数,其辨识结果为粒子群寻优提供方向;同时改进遗传算法中交叉变异机制,将初步辨识结果引入遗传粒子群算法中进一步优化。 仿真实验结果表明,MRAS-GAPSO 算法所有参数在迭代 50 次内实现了较高精度的辨识,且辨识相对误差均不超过 1%,验证了算法在不同工况下的可行性,实现了参数的在线精确辨识。
基于联合仿真的表贴式永磁游标电机的伺服系统设计
王伟炳, 陈新科
2024, 52 (10): 48-53.  
研究了表贴式永磁游标电机的伺服系统,设计电机三环( 即电流环、速度环、位置环) 结构的伺服控制系统控制器,并分析伺服系统的动、静态性能。 利用 Maxwell、Simplorer 及 MATLAB / Simulink 软件建立了表贴式永磁游标电机伺服控制系统联合仿真模型,研究了位置环参数对位置跟随系统快速性和准确性的影响。 对比分析了电机三环结构伺服控制系统场路耦合仿真与定参数仿真。 仿真结果表明,此控制策略可以实现表贴式永磁游标电机精准定位、无超调,且具有良好的快速性和抗干扰性。
基于 DSP 的不连续脉宽调制统一化实现方法研究
李  燕 , 陈  彬 , 张统世 , 张良浩
2024, 52 (6): 38-42.  
在高速永磁同步电机驱动场合,逆变器的开关损耗是影响电机系统驱动效率的主要因素之一,相比传统的七段式 SVPWM 调制,不连续脉宽调制( DPWM) 能极大地降低开关损耗,提高系统效率。 现有研究的 DPWM 调制策略有 6 种,不同调制策略的降低开关损耗性能及输出谐波都各有差异,为实现系统综合性能最优,采用分段复合调制或目标优化调制。 基于 DSP 应用平台,提出一种新的不连续脉宽调制的统一化实现方法,分析不同调制方法下零序电压中零矢量的分配系数与三相指令电压的关系,针对第二、第三类不连续脉宽调制下零矢量分配系数不是定值的问题,引入基准指令电压, 并根据基准指令电压中最大值与最小值之和的正负确定分配系数的值, 完成了SVPWM 及 6 种 DPWM 的统一化实现,不同的调制方法之间可快速切换,实现方法便捷可靠,仿真及实验结果验证了
该方法的有效性。