基于无刷直流电机的风力机转矩模拟

针对风力发电技术的研究受到自然条件制约的问题,该文提出了一种新的利用无刷直流电机来代替风力机的模拟方案,通过控制无刷电机直流侧电流的方式实现转矩控制,电流环采用径向基函数神经网络与PI调节相结合的控制策略。利用Matlab/Simulink建立系统仿真模型,并搭建了基于DSP控制的无刷直流电机+永磁发电机的硬件平台,仿真和试验结果都与理论转矩相吻合,并有效降低了无刷电机的转矩脉动。该方法控制简单、精度高,为实际模拟系统的设计提供了一种新的思路。     

基于磁-热双向耦合的电动拖拉机轮边电机电磁性能分析与结构优化

为预测和评估电动拖拉机轮边驱动电机的电磁性能同时优化电磁转换装置结构,该研究以一种减速式12槽7对极永磁无刷直流轮边驱动电机为对象,建立电机电磁有限元模型并通过试验验证模型的正确性,分析了空载、半载和额定负载工况下电机的动态特性。在此基础上,基于热损耗载荷构建电机的磁-热双向耦合模型,模拟分析额定负载工况下电机的温度场分布规律。结果表明,3种工况下电机最高温度均发生在永磁体部位,温升分别为54.61、77.63和87.1 ℃。以气隙宽度、定子槽口宽度、永磁体间距和宽度为变量,以齿槽转矩、转矩密度和永磁体损耗为优化目标,提出一种田口法-响应面法双层多目标优化方法,确定电机最佳结构参数为：永磁体间距为0.4 mm、永磁体宽度为3.5 mm、气隙宽度为1.1 mm、定子槽口宽度为4.75 mm。仿真结果表明,优化后的电机转矩密度较优化前增加了8%,永磁体损耗降低了18.6%。样机台架试验结果表明,优化后电机齿槽转矩较优化前降低了20.9%,验证了所提优化方法的有效性,对电机性能研究具有一定的参考价值。     

远程控制时滞系统的故障诊断和容错控制

针对设施农业远程控制系统中含有控制时滞和测量时滞的情况,研究其发生不可直接测量故障时的故障诊断和容错控制方法。首先设计了系统在故障情况下的最优容错控制律,并证明了最优容错控制律的存在唯一性。为了进行故障诊断并解决最优控制的物理不可实现问题,给出了一种测量时滞的无时滞转换方法,并通过构造含有故障状态的增广系统的降维状态观测器,设计了在线诊断故障的故障诊断器并同时实现了系统状态的观测。最后利用故障诊断的结果给出了物理可实现的动态最优容错控制律。仿真结果验证了该故障诊断方法和动态最优容错控制律的有效性。     

混合动力汽车下坡辅助电-液复合制动控制方法

为提高混合动力汽车下坡辅助控制中电、液复合制动的综合性能,该文提出一种综合考虑整车安全及经济性的电、液复合制动控制方法。通过对混合动力汽车下坡辅助制动转矩变化过程及各辅助制动系统特性的分析,拟定了以安全性为基础、以经济性为目标的下坡辅助制动转矩分配原则,利用前馈加反馈的控制方法制定了电机辅助制动系统及液压辅助制动系统的转矩协调控制策略。并通过仿真及试验平台对以上算法进行了验证,结果表明该方法可以有效地减小液压系统启动延时,保证了液压辅助制动系统的响应速度及下坡辅助系统整体的响应精度。该研究提高了整车控制的安全性和经济性,也为电动车辆复合制动进一步研究提供了思路。     

考虑笼型转子趋肤效应的无轴承异步电机矢量控制优化

针对无轴承异步电机启动和运行时趋肤效应带来的转子参数变化问题,该文提出了一种基于有限元计算和最小二乘原理的转子参数辨识方法。在分析电机悬浮机理和构建其有限元模型的基础上,计算了不同转子电流频率下转子的电阻、漏感值,获取趋肤系数变化曲线。基于数学模型推导分析了趋肤效应对电机转子磁场定向和悬浮控制的影响。采用最小二乘法对转子参数进行曲线拟合,提出一种考虑趋肤效应的无轴承异步电机矢量控制优化,通过拟合辨识获得转子参数的实时值,提高控制系统转矩和悬浮性能,并搭建电机试验平台进行试验验证。试验结果表明,与未考虑趋肤效应的控制方法相比,采用转子参数辨识能够缩短电机转速响应时间0.05 s,响应速度提高了25%,并且电机转子的x、y方向位移幅值降低50%左右,具有良好的转矩特性和悬浮性能。该研究可为无轴承异步电机控制系统优化提供参考。     

拖拉机自动转向系统容错自适应滑模控制方法

为提高拖拉机自动转向系统的可靠性,该文提出了一种具有前轮转角容错检测能力的径向基函数(radial basis function,RBF)网络自适应滑模控制方法。综合考虑拖拉机姿态信息和控制输出,基于卡尔曼滤波算法推导得出拖拉机前轮转角的两个估计值,并结合角度编码器实际测量值设计了前轮转角容错检测输出算法;以容错输出算法的输出值作为状态量,提出一种利用RBF网络进行干扰补偿的前轮角度自适应滑模控制方法,并通过仿真试验验证了算法的有效性。开展了拖拉机前轮转角容错检测和自动控制试验,结果显示:基于侧向加速度的转角预估值最大误差为2.94?,均方根误差为0.81?;基于横摆角速度的转角预估值的最大误差为1.73?,均方根误差为0.12?;当人为施加故障干扰时,算法可以提供容错的转角输出;拖拉机转向控制系统可以快速跟踪期望前轮角度且超调量较小,最大控制误差为0.21?,均方根误差为0.07?。试验结果表明,容错自适应滑模控制方法提高了自动转向控制系统的可靠性和准确性,有助于解决拖拉机前轮转角测量装置故障率高的问题。     

基于神经网络农用感应电动机直接转矩控制

提出了基于神经网络的直接转矩控制方法，并应用到农用感应电动机的控制上。采用Levenberg优化方法进行网络训练，用神经网络代替了传统的开关状态的选择，实现交流电机的直接转矩控制。基于MATLAB对系统进行了仿真研究，结果表明，该方法和传统方法效果基本一致，具有较好的控制和运行性能，是研究运动控制的一种新方法。     

电动拖拉机PC-DSPM电机电子变极策略与分析

针对田间作业和转场运输等不同工况时的行驶速度需求,该研究提出使用双凸极变极永磁（pole-changing doubly-salient permanent magnet,PC-DSPM）电机作为电动拖拉机的驱动电机,通过变极获得驱动电机的多种机械特性。基于气隙磁场调制理论,将PC-DSPM电机气隙磁场中的主要工作谐波分为2组,采用电子变极改变电枢绕组连接方式,从而选择不同组别的气隙磁场谐波参与机电能量转换,形成PC-DSPM电机3种运行模式。根据不同模式下的转矩-转速曲线,选取电机在恒功率区的2个变极切换点,并据此将拖拉机的运行速度划分为0～7.7、7.7～10.5和10.5～32.7 km/h共3个区间。为实现平滑变极,构建自抗扰控制和跟踪微分器的PC-DSPM电机变极策略。与采用自抗扰控制的阶跃响应变极相比,虽然2个切换点处的变极时间分别延长至400和600 ms,但变极过程中dq轴电流过渡平稳,转矩波动分别下降8.5%和11.8%,转速恒定在920和1 250 r/min。研究结果可为实现电动拖拉机多工况高效运行及变极永磁电机平滑切换提供理论参考。     

基于滑转率的双电机双轴驱动车辆转矩协调分配

针对双电机双轴驱动车辆的驱动转矩分配问题,提出了一种以抑制车轮过度滑转、提升整车牵引力为目标的前后电机转矩协调分配策略。该策略分为上、下2个层次,上层负责根据车辆当前状态及路面条件计算出可用于分配的最大驱动总转矩,并与驾驶员需求转矩以低选原则作比较输出,下层负责上层输出转矩在前、后驱动电机之间的协调分配。基于该分层架构,采用滑模控制算法设计了前后电机转矩分配控制律以及相应的转矩分配控制器。在Matlab/Simulink环境下分别建立了控制器模型及车辆动力学模型,对不同路面条件下的控制效果进行了仿真分析。基于d SPACE平台,搭建了硬件在环仿真测试系统,对转矩分配控制器的实时控制性能进行了验证。结果表明:硬件在环测试结果与软件仿真结果具有良好的一致性,并且,在左右对开路面上,前后轴滑转率均被稳定控制在0.12以内;在对接路面上,前后轴滑转率不超过0.05,车辆原地起步加速8 s后的末速度提升了9.9%;在均一低附着路面的转弯过程中,内侧车轮的最大滑转率被抑制在0.2附近,改善了车辆在低附着路面上的转向能力。     

基于自适应模糊神经网络的无轴承异步电机控制

针对无轴承异步电机多变量、非线性、强耦合等特点,为实现其稳定悬浮控制,提出了一种基于自适应模糊神经网络推理系统(adaptive neuro-fuzzy inference system,ANFIS)的控制新策略。在分析无轴承异步电机径向悬浮力产生机理的基础上,推导出无轴承异步电机数学模型,基于ANFIS控制原理,完成了控制器设计,包括控制变量和隶属函数的选取、通过PID控制对输入输出数据的采集、根据选定的误差准则修正隶属函数参数以及采用Sugeno型ANFIS控制器训练FIS(fuzzy inference system)模型。基于MATLAB/Simulink仿真平台,对转速为6 000 r/min的无轴承异步电机控制系统的悬浮、转速、转矩响应进行了仿真分析。仿真结果表明该控制策略能在0.12 s内实现转子的稳定悬浮,且当负载转矩突变时,转子的悬浮性能并没有受到影响,转子径向偏移小于0.001mm。在转速突变后,控制系统也能较好的跟踪给定转速,稳定时的转速误差小于20 r/min,控制系统具有良好的动、静态性能。最后在无轴承异步电机控制系统试验平台上对所提策略开展了试验研究,试验结果同样表明,该控制策略能实现无轴承异步电机的稳定悬浮工作,转子径向位移峰峰值范围可以保持在80μm以内,系统响应快,鲁棒性强,控制精度较高,验证了该文提出的ANFIS控制方法的正确性和有效性。     

力平衡型多输入齿轮马达的转矩特性分析与试验

针对传统齿轮马达径向力不平衡、只能输出一种转矩和转矩脉动较高的问题,提出了力平衡型多输入齿轮马达。该马达在一个壳体内有内、外两种马达,可通过不同的连接方式实现4种定转矩和定转速的输出。通过对马达的输出转矩进行理论计算和试验,分析了马达在4种工作方式下的瞬时转矩及转矩脉动,结果表明,单个马达工作时的转矩脉动与啮合齿轮的齿数有关。多个马达同时工作时的转矩脉动与齿轮啮合点的位置及脉动周期有关,当3个内马达共同工作,内、外马达共同工作,内、外马达差动工作时,在内、外马达脉动周期相同的前提下,可调节啮合点的位置,分别使3个小齿轮的轮齿啮合位置相差1/3,内、外马达轮齿啮合位置相差1/2,内、外马达轮齿啮合位置相同,通过瞬时转矩的叠加,使输出合转矩的脉动最小。试验结果表明,在调节齿轮啮合点的位置后,相同工作方式下的转矩脉动程度明显减少,该研究为多输入马达的进一步研究提供了参考。     

电动轮式移动小车控制系统设计与试验

为了实现电动轮式移动小车能在实际不同的负载和路况下可以稳定的运行工作,该文研制了小车的四轮独立驱动的电机驱动和四轮转向控制系统,该系统由主控制芯片STM32F103RCT6对移动小车进行解算得出4个驱动轮的速度,然后对每个驱动电机进行转矩分配,控制4台用于驱动的无刷直流轮毂电机、2台转向直流电机以及2台制动用直流电机,使得小车实现直线行驶、转向和原地转向;通过单片机ATMEGA48PA控制4台无刷直流轮毂电机换相;采用驱动芯片IR2113驱动场效应管FQA140N10,并利用电机内部霍尔传感器输出的脉冲信号检测无刷直流电机的速度,采用放大器LM358搭建过载保护电路。试验结果表明,所开发的小车驱动控制系统实现了四轮电子差速与转矩分配,移动小车能在水泥路面、干泥土路面、斜坡和草地上稳定可靠运行,小车限速20 km/h,爬坡度为8°。在空载情况下能匀速运行8~10 h,带额定负载250 kg情况下能匀速运行4~5 h,有较好的负载性能,满足农业运输及农田作业的需求,减轻人的体力劳动,提高生产效率。该研究可为应用于田间作业的电动移动小车的机械设计及电气控制系统设计提供参考。     

插电式四驱混合动力汽车能量管理与转矩协调控制策略

为克服传统比例-积分-微分(proportion integration differentiation,PID)以及模糊逻辑算法的缺陷、保障汽车经济性并改善乘员的乘坐舒适性,该文采用自适应模糊PID算法,建立了驾驶员模型。使用基于发动机输出转矩最优的能量管理控制策略,简述了驱动模式判别条件及转矩分配方法。提出1种"发动机调速+离合器模糊PID控制+发动机动态转矩查表+双电机转矩补偿控制"转矩协调控制方法,简述了模式切换步骤。在dSPACE实时仿真系统上对控制策略进行了硬件在环仿真。仿真结果表明,该控制策略在能量管理方面控制效果良好,动力部件的输出与控制策略完全吻合且平均车速误差下降37.1%。引入转矩协调之后,整车最大冲击度下降47.5%。该文的研究方法可以为制定复杂混合动力系统的控制策略提供参考。     

电网谐波下双馈发电机改进控制策略

电网低次谐波电压会造成双馈发电机(doubly fed induction generator,DFIG)定子电流畸变和电磁转矩脉动。通过电网5次、7次谐波电压下双馈发电机的数学模型建立与分析,揭示了电网谐波电压对双馈发电机定子电流畸变和电磁转矩脉动的影响机理,比较研究了基于比例积分(proportional integral,PI)控制与基于比例积分谐振(proportional integral resonant,PIR)控制的转子电流控制环的谐波抑制能力。并采用了基于R调节器的定子电流闭环和基于PIR调节器的转子电流内环的双馈发电机双闭环控制策略,有效的消除了双馈风力发电机定子输出电流中的5次,7次谐波和电磁转矩脉动,提高了其在电网电压低次谐波下的运行性能,仿真和试验验证了该控制策略的正确性。     

笼型异步磁力耦合器机械特性与试验

为有效解决目前机械传动系统中选用电机时功率裕度过大而普遍存在的能源利用效率较低问题,提出一种基于三相异步电机鼠笼转子的异步磁力耦合器(squirrel cage asynchronous magnetic coupler,SCAMC)。结合SCAMC具体结构特点,采用标量磁位法及二维场边界条件,建立气隙磁场数理模型;在气隙磁通密度中引入时间变量,推导出感生电流随时间变化的表达式;基于电流叠加性,将笼条电流折算到转子表面,并沿圆周方向对感生电流所形成的洛伦兹力进行积分,建立了SCAMC的电磁转矩模型。基于上述理论及技术基础,设计并制造出一台37 k W SCAMC样机,并对其机械特性进行理论计算、仿真验证及试验测试。结果表明:转差率相同时,所得的仿真及试验数据与理论计算值相比,误差不超过5%;SCAMC与同容量的三相异步电机相比,线性工作区更宽,过载能力更强,但其机械特性偏软,可有效缓解负载对电机的冲击。该研究可为磁力耦合器在大惯量、难启动及经常性过载机械设备中的应用提供参考。     

增程型电动轿车动力系统的参数匹配及试验研究

以某款增程型电动轿车为研究对象,在整车性能指标和系统结构确定的基础上,从电驱动系统、电储能系统、增程器及控制模式等方面出发,对整车动力系统进行了参数匹配分析及相关试验研究.同时通过Matlab/Simulink和Advisor联合仿真,在NEDC循环工况下对E-REV动力性进行了仿真分析.仿真及试验结果表明:发动机转速在2 800 r/min时可保证发电功率为6 kW,电池SOC变化曲线符合电量耗尽模式控制策略,驱动电机输出转矩满足E-REV行驶动力性要求,所确定的动力系统方案满足整车基本性能要求.     

无轴承异步电机非线性滤波器自适应逆解耦控制

针对无轴承异步电机(bearingless induction motor,BIM)多变量、非线性、强耦合的问题,提出了基于非线性自适应滤波器的无轴承异步电机自适应逆解耦控制策略。在分析了无轴承异步电机工作原理的基础上,推导出无轴承异步电机的数学模型,基于自适应逆控制原理,利用非线性自适应滤波器,分别建立转矩系统和悬浮系统的模型和逆模型。复制逆模型,将其串联在对应系统之前作为逆控制器,并采用变步长最小均方(least mean square,LMS)算法在线调整权值。相比于传统的磁场定向控制方法,此方法不必依靠转矩系统来传递磁链信息,从而避免了各自的控制策略之间的相互制约问题。基于MATLAB/Simulink仿真平台,对无轴承异步电机的转子磁链、转速、转矩、悬浮响应进行了仿真分析。仿真结果证明了该方法的有效性,实现了无轴承异步电机旋转力与悬浮力之间的解耦,而且能够实现两自由度径向悬浮力之间、转速与转子磁链之间的动态解耦。该研究可为基于无轴承异步电机的农业生产设备的研发提供参考。