混合励磁型多自由度球形电机的偏转分析

为解决现有多自由度电机的偏转运动部分存在转矩不足、转矩波动大和运动范围小的问题,提出了一种混合励磁型多自由度球形电机。在介绍该电机的基本结构和运行原理的基础上,提出了基于多节点许-克变换的磁场解析法,以解决该电机使用三维有限元法进行磁场计算时速度慢的问题。该方法利用离散的线电流对电机的永磁体和绕组进行等效,并将复杂的气隙区域分别通过多节点许-克变换和指数变换转化为圆环区域,利用圆环区域中磁标量位的解析解计算单根线电流区域中的磁场信息,并通过叠加计算整体的磁场信息。而后利用各区域坐标点的转化关系计算原气隙区域的磁场信息,计算获得径向磁密之后通过安培定律计算偏转部分的电磁转矩。本研究采用解析法和三维有限元法建模分析了电机的磁场特性和偏转转矩特性,两种方法的磁场计算结果的吻合度较高,解析法相对于有限元法在幅值上的最大误差分别为7.3%和3.92%,验证了解析法的准确性。为了进一步验证,研制了样机并搭建了实验平台,进行了电机静偏转转矩的测试,结果表明,该电机具有较高的偏转转矩,最大偏转转矩为2.13 N·m,且实验值和两种理论的转矩计算结果的误差较小,实验结果与有限元法、解析法的计算结果误差分...     

基于非线性模型的异步电机高性能驱动系统的研究

为了提高磁场定向异步电机驱动系统的起动性能和运行效率 ,构造了由电机和逆变器构成驱动系统的损耗模型 ,分析了励磁电流对驱动系统效率的影响。应用一种新的基于 MT同步旋转坐标系下考虑异步电机主磁路饱和的非线性数学模型 ,设计了磁场定向矢量控制系统 ,通过实验验证了 ,适当地控制异步电机的转子磁链可以提高电机瞬时转矩 ,加快电机的起动过程 ,同时也可以在轻载或者额定工况下提高电机和逆变器的效率。从而提高整个驱动系统的利用率     

考虑磁致伸缩效应的偏转式发电机的振动特性研究

为了提高风能利用率,解决现有开关磁阻发电机转子旋转的单一性问题,提出一种新型可偏转双定子开关磁阻式风力发电机。首先,基于电磁-固体力学模块,建立定子结构磁固耦合数值模型,对电磁场、磁通密度、磁致伸缩密度进行了理论分析。其次,采用有限元平台对发电机进行了直观建模,基于力学理论建立考虑磁致伸缩效应的电磁-固体力学基本方程。最后,通过有限元法对发电机内、外双定子以及转子自转、偏转进行磁固耦合仿真,得到应力分布及对应的振动位移。仿真结果表明:磁致伸缩效应下的振动位移属纳米级别且所受应力较小,对发电机运行影响可忽略不计。磁固耦合的分析方法可为分析电机振动、进一步优化发电机参数提供理论参考。     

轴向磁场磁通切换永磁电机矢量控制

为了研究轴向磁场磁通切换永磁(AFFSPM)电机在恒转矩和恒功率区域的运行性能,分析了AFFSPM电机的结构特征,推导了AFFSPM电机的数学模型.基于矢量控制建立了AFFSPM电机的驱动系统.在恒转矩区域,采用了最大转矩电流比(MTPA)控制策略,并与id=0控制进行了对比;在恒功率区域,采用了一种基于电感补偿且保持q轴反电势不变的弱磁控制策略,并与普通弱磁控制进行了对比.仿真与实验结果表明,MTPA控制可以减小AFFSPM电机的铜耗.基于电感补偿的弱磁控制可以拓宽AFFSPM电机的恒功率运行范围,提高了AFFSPM电机运行性能,且AFFSPM电机轴向长度短、转子结构简单,因此比较适合用作电动汽车轮毂电机.     

考虑磁场饱和的电动汽车用永磁电机控制仿真

针对电机弱磁控制系统中电机参数选取单一,没有考虑到电机不同工况下的参数变化,而导致没有充分利用电机性能的问题,研究了交直轴电感变化对弱磁控制系统的影响.以一台电动汽车用永磁同步电机为例,分别建立了电机的二维磁场模型和在不同矢量控制方法下的数学模型.根据交直轴磁链方程,考虑交直轴磁路耦合对磁场饱和的影响,利用有限元法计算了不同交直轴电流下的交直轴电感.将得到的电感矩阵代入id=0控制、弱磁控制等矢量控制系统中,比较在不同控制方法下考虑磁场饱和与不考虑磁场饱和的电机控制特征量.结果表明考虑磁场饱和的弱磁控制系统能够更充分地利用电机的性能,同时在仿真中能更准确地计算电机性能.     

超磁致伸缩执行器动力学模型及数值模拟

为提高超磁致伸缩执行器的控制精度,实现亚微米级的驱动与控制,准确描述执行器的动力学特性是关键环节之一.为建立超磁致伸缩执行器的动力学特性的数学模型,将Terfenol-D 棒作为粘弹性杆连续系统,将Terfenol-D棒在磁场驱动下产生的应变等效为磁-机械转换等效力,建立了执行器系统的一维波动方程,并采用有限元解法求解.模型的计算求解采用迭代方法,易于实现计算机控制.利用Matlab 7.0对不同频率等幅磁场驱动下Terfenol-D棒内的磁场-位移(H-u)曲线进行数值模拟仿真,仿真计算值与实验值误差在10%以内,表明建立的动力学模型能较好地反映磁致伸缩执行器的动力学特性.     

磁场调制下液晶指向矢偏转特性的研究

液晶具有独特的物理化学特性,体现电、磁各向异性,且光学上类似单轴晶体。当对液晶体系施加磁场,液晶指向矢将随着磁场的大小而发生偏转。利用液晶连续体弹性理论模型,研究了沿面排列的向列相液晶分子在外磁场作用下的光学调制效应,通过差分法数值模拟液晶分子指向矢的偏转特性,并对液晶磁致双折射效应进行了分析研究,为更好地研究液晶型偏振光调制器提供理论基础。     

并列式混合励磁复合电机的设计及其磁场调节特性

基于磁场调制原理与混合励磁同步电机的设计理念与技术,提出了一种新型并列式混合励磁复合电机。介绍了该电机的基本结构与工作原理,给出其定转子槽/极匹配原则。通过三维有限元法分析,得到了电机空载运行处于不同励磁电流下的电枢绕组磁链、空载反电势、电机输出转矩等特性,验证了电机并列运行时满足叠加定理的特点;给出了电机空载等效磁路模型,推导了电机的磁场调节比例公式,并计算得到了磁场调节范围。根据理论分析加工制作了一台样机,测试获取了电机处于不同励磁电流时额定转速下的空载反电势,进而分析了电机的磁场调节特性,仿真计算与实验结果均表明,通过调节励磁电流可以实现气隙磁通的双向变化,实验结果验证了理论分析的正确性。     

无轴承开关磁阻电机的转矩与径向力特性分析

分析了无轴承开关磁阻电机的径向磁悬浮力产生机理,在考虑磁场饱和的前提下,使用有限元方法对电机电磁场进行计算,分析了电机的转矩与径向力特性．研究了电机主、副绕组电流对电机磁极磁场的影响,及电流与转矩、径向力的非线性关系,给出了实现电机稳定运行的电流取值范围,为电机有效控制奠定了基础．     

基于双无迹卡尔曼滤波算法的永磁同步电机转子磁链辨识

转子磁链的准确辨识是实现永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)转子磁场监控,确保其驱动系统可靠运行并实现高性能控制的有效方法。为解决测量噪声、电机参数变化及辨识模型欠秩对转子磁链辨识精度影响的问题,提出了基于双无迹卡尔曼滤波（UKF）算法的PMSM转子磁链辨识方法,可在确保满秩辨识的前提下,减小测量噪声与电机参数变化对转子磁链辨识精度的影响,实现PMSM转子磁链的准确辨识,并在参数敏感性分析的基础上,降低了算法计算量,合理兼顾了辨识精度与辨识速度。对所提方法进行了仿真研究和实验验证,研究结果证实了所提方法的有效性。     

新型永磁转子偏转式三自由度电机磁场特性分析

在简述永磁转子偏转式三自由度电机的工作原理和优越性能的基础上,针对该新型永磁多自由度电机的结构提出了气隙磁场的计算方案,建立了球坐标下标量磁位和气隙磁通密度的计算公式。同时基于三维有限元软件,建立起转子磁场模型并进行仿真计算,给出了不同充磁模式下的磁通密度分布情况,与解析计算结果进行了对比验证。理论分析和计算结果表明了所设计结构的有效性,转子易于实现三自由度偏转运动,其结果可为进一步的研究和实验设计提供借鉴和参考。     

纯电动旅游客车驱动系统加速过程动态仿真

分析了纯电动旅游客车永磁加增磁直流电机驱动系统结构与工作原理.针对加速工况,分别对IGBT1导通和截止状态建立了电机驱动系统瞬态数学模型.基于控制逻辑利用Matlab/Stateflow建立了控制器模型.结合以上两者得到以加速踏板信号为输入的整车瞬态数学模型.基于该模型进行了加速工况动态仿真并获得加速工况下电机驱动系统的控制特性.该分析有助于进一步改进电机驱动系统控制.     

改进型ADRC的感应电机定子磁场定向矢量控制

针对感应电机定子磁场定向时,定子磁链和定子q轴电流没有完全解耦这一问题,提出改进型自抗扰控制器(active disturbance rejection controller,ADRC)的定子磁场控制方法。建立关于定子磁链和定子电流的状态空间表达式。利用线性跟踪微分器对目标定子磁链安排过渡过程,从而改善闭环控制中“快”与“准”的矛盾。建立并联型线性扩张状态观测器替代线性扩张状态观测器对实际磁链与q轴电流耦合部分进行观测。在目标磁链闭环控制环节对观测的耦合部分实施补偿,并对系统稳定性进行分析。仿真试验对比该方法与传统ADRC和解耦器控制方法时定子磁链的稳定性和电机转速响应情况。结果表明：该方法简化了矢量控制系统结构,提高了定子磁链控制的稳定性,确保电机运行过程有良好的动态响应特性和鲁棒性。     

一种感应电机定子磁场定向解耦控制方法

针对感应电机按转子磁场定向控制,系统受电机转子参数变化影响较大的问题,采用定子磁场定向控制,以定子磁链作为反馈量,克服矢量控制系统对转子参数的直接依赖性,同时运用电流励磁分量解耦补偿环节,实现了定子磁场定向控制下电机转速与定子磁链间的解耦控制．并针对定子磁链估计算法中存在的纯积分问题,提出了一种改进型积分算法予以解决．最后在dSPACE实时仿真试验平台上,对所提出的控制方法进行了试验验证,试验结果和分析证明了所提出控制算法的有效性,系统动静态性能良好,实现了转速与定子磁链的解耦控制。     

四轮独立驱动电动汽车仿真平台开发*

设计了轮边电机驱动和线控转向系统的结构,建立了电动汽车的线控转向系统和轮边电机的数学模型。采用Carsim与MATLAB/Simulink软件进行联合仿真,建立了基于线控转向的四轮轮边电机独立驱动的电动汽车整车动力学仿真研究的平台;通过选择典型的New York和开环控制的稳态圆周转向试验工况仿真工况,对所搭建的电动汽车的驱动和转向特性进行了仿真验证。仿真试验结果表明:所搭建的电动汽车动力学仿真平台在两种典型工况下均能较为合理地反映出四轮独立驱动的电动汽车的轮边电机输出转矩和转向系统响应特性,为开展四轮轮边电机独立驱动的电动汽车动力学控制研究奠定了良好的基础。     

基于转子磁场定向的异步电机输入输出解耦控制

目前的转子磁场定向矢量控制只是实现了异步电动机转速和磁链稳态时的部分解耦。为提高矢量控制的性能,对磁场定向后仍然存在的耦合关系进行了分析,并在此基础上引入非线性补偿设计解耦控制器抵消耦合项的影响,把系统分解成转速和磁链两个独立子系统,实现了异步电机输入输出的动态完全解耦。与传统矢量控制方案的对比表明,所用的方法可以使电机转速不受磁链指令变化的影响,调速系统的性能有了进一步提高。     

直流变频洗衣机电机磁瓦的研究与开发

通过对模具及磁路设计,改变原有模具的结构及磁路的镶嵌方式,提高了磁瓦外弧的表面磁通密度,优化了磁瓦表面磁场特性分布,满足了直流变频洗衣机用磁瓦的磁性能及表面磁通密度要求,同时设计了磁瓦的特殊磨加工和分检的控制方法,解决了磁瓦在转子装配注塑脱胶的问题,提高了电机运行的稳定性。     

混合动力汽车电机驱动系统传感器故障重构控制

针对混合动力汽车感应电机驱动系统可能存在的传感器故障模式,设计了一个主动容错重构控制系统.该系统能充分利用无故障的传感器信息,最大限度地维持驱动系统的控制性能,并在重构切换过程中,考虑电机转矩和转速的平滑过渡问题.此外,为提高车用感应电机驱动系统的性能,基于传统磁场定向控制(FOC)思想设计出一种新型鲁棒性PI控制器来实现电机转矩跟踪;利用滑模控制技术,设计了转子磁链-速度自适应观测器.为进一步提高交流电流传感器故障状态下电机驱动系统的容错能力,提出了用直流电流重构交流相电流的新思路.仿真研究表明,在发生传感器故障时,所设计的电机驱动系统仍能有效地保证车辆行驶过程中的转矩和速度跟踪性能以及系统的稳定性.     

永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真

基于永磁同步电机具有多变量、非线性的复杂特性,为研究需要,对其物理模型进行简化,建立了电机的数学模型及其基本方程.在矢量控制众多方法中采用最为简单的使直轴电流id=0方法进行研究,得到了基于转子磁场定向矢量控制下的电机电磁转矩方程.在Matlab/Simulink搭建整个系统仿真模型、转速和电流控制模块,并对这些模块进...     

等三相感应电机单相运行磁场定向控制策略研究

本文研究三相感应电机出现故障导致缺相运行时,基于磁场定向控制理论控制电机继续可靠稳定运行,确保不出现连锁性事故.首先基于三相感应电机单相运行等效电路分析了电机运行的特点,通过构建单相供电下电机正负序电流,推导出电机单相运行下,磁场定向控制的电磁转矩显性表达式,得出相应的控制框图.MATLAB仿真结果表明,当三相电机某相出现开路导致缺相运行情形下,采用磁场定向控制策略,电机仍然能够可靠稳定运行,电机运行速度越高,其空载和带载两种情形下的稳定性越好,从而验证了本文控制方法的有效性.