基于Hilbert-Huang变换的电机故障诊断与仿真技术研究

对永磁同步电机发生退磁故障的有效诊断,一直是业界关注的主要问题之一。在AN-SOFT公司MAXWELL2D软件环境下,通过设置不同的永磁体矫顽力参数数值,建立永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）正常与退磁故障模型。再将模型导入SIMPLOR-ER软件,与该软件中的电机驱动电路建立动态联合仿真,获得定子绕组相电流仿真信号。采用先进的Hilbert-Huang变换方法,求取电机相电流内禀模态分量（Intrinsic mode function,IMF）的瞬时频率。通过对比正常与退磁状态下相电流IMF分量的瞬时频率,可实现对永磁同步电机退磁故障进行有效诊断。研究结果表明,采用Hilbert-Huang变换方法,可有效诊断电机退磁故障,解决了永磁同步电机退磁故障难以有效诊断的难题,具有较好的推广应用价值。     

永磁同步电动机大惯量负载的滑模变结构控制

当负载的转动惯量较大时,直接驱动式永磁同步电动机(PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motor)系统在启动、停止或速度有变化的情况下,会产生很大的惯性转矩,从而对系统的控制性能产生影响.为了解决此类问题,采用了滑模变结构的控制方法.首先建立了PMSM的数学模型,同时考虑了摩擦对于系统的影响.在此基础上,设计了滑模变结构控制器,并运用Ansoft公司的Simplorer仿真系统对整个系统进行了仿真,对比例-积分(PI, Proportion-Integral)控制和滑模变结控制性能进行了比较.结果表明,滑模变结构控制方法能很好地适应大惯量负载控制系统.      

航天器永磁同步电机容错式直接转矩控制

电机被广泛应用到航天器的各种关键机构,要求在故障发生时具有带故障运行能力.永磁电机相比于感应电机、磁阻电机具有高功率密度、高可靠性、高效率、低转矩脉动等优点,五相永磁电机相对于传统三相电机,由于相数的增加,电机具有更高的自由度,提升了电机的容错运行性能,具有更高的可靠性,适用于航天器等场合,但存在着绕组开路故障时转矩脉动大和谐波电流含量大的问题.针对此问题本文选用功率密度高且具有更好容错性能的五相永磁同步电机(PMSM),提出一种改进的容错式直接转矩控制算法,通过对零序电流的抑制来减小开路故障时的转矩脉动和谐波电流.通过MATLAB/Simulink搭建了电机控制系统的仿真模型,验证了所提控制策略的正确性.     

五相双转子永磁容错电机故障运行能力仿真分析

提出了一种新型五相双转子永磁容错电机, 它包括两个转子和一个定子, 其中内外转子永磁体均采用径向充磁且充磁方向相同,定子铁心内外开槽,可以安放两 套绕组,这两套绕组可以串联连接, 也可以并联连接。针对这两种连接方式, 对开路 （一相开路、两相邻相开路和两不相邻相开路）和短路故障进行仿真,有限元仿真结果 证明： 绕组并联连接优于串联连接。为了提高绕组串联连接时电机的故障运行能力, 采取了电流优化控制策略,仿真结果表明该方法在一定程度上可以改善电机的力矩性能。     

一种高速永磁同步电机结构的设计及有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS对电机结构进行建模仿真,分别计算了空载和负载条件下的磁场分布,并对气隙磁场的基波和谐波分量进行了分析,结果表明该设计虽然谐波分量较高,但是基波幅值大,负载下的功率密度大,能够利用较少的永磁材料获得较高的磁动势,提高了永磁材料的利用率,对高速永磁电机的研究有一定的参考价值。     

航空发动机内置式永磁容错发电系统的研究

针对内置式航空发电系统高功率密度、高可靠性和高输出性能的要求,提出了基于三相四桥臂的航空用永磁容错发电系统。利用永磁容错电机大电感的特点,改进了传统弱磁控制算法,提出了简单高效的直轴电流I_d解析法弱磁控制,通过实时计算弱磁电流给定实现了宽速范围（3倍额定转速）内的恒压发电控制。同时,根据容错电机磁隔离的特点,以保证故障前后电机定子磁场为圆形旋转磁场为前提,结合电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法实现了单相断路或短路故障的容错发电控制。通过MATLAB仿真验证了控制算法的正确性。最后,对一套7.5 kW永磁容错发电系统进行了算法验证实验,验证了I_d解析法弱磁控制和容错控制的可行性,为后续的系统性能测试打下基础。     

基于降维负载转矩观测器的调速系统控制技术研究

针对高精度电动燃油调速系统在负载突变工作时燃油增压与燃油流量调节的稳定性问题,研究了前馈补偿控制策略,提出了一种基于降维负载转矩观测器的抗负载扰动控制方法。该方法实时对电动调速系统的同步电机输出转速与负载转矩进行观测,并将观测到的负载转矩补偿到同步电机交轴电流,实现闭环调速控制,从而避免了负载扰动影响系统输出转速,减小电动燃油泵对燃油的压力与流量的影响。仿真和试验结果表明,在快速加载与卸载实验条件下所提出的方法的正确性与可行性。     

一种基于开关次数最小的含零电压矢量永磁同步电机直接转矩控制开关表

介绍了永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)理论,研究了零电压矢量的作用。基于开关次数最小提出了选择零电压矢量的策略,给出了一种新型含零电压矢量开关表。仿真结果表明使用新型开关表PMSM DTC系统能正常驱动。与传统开关表相比,使用新型开关表DTC系统开关次数降低了近56%,进而降低了开关损耗。     

基于新型饱和函数滑模观测器的永磁同步电机控制系统

针对传统反电动势滑模观测器(SMO)抖振造成的永磁同步电机转子位置检测、转速估算不准确的问题,在传统反电动势SMO的基础上提出一种新型饱和函数SMO。构造反电动势状态观测方程,利用Lyapunov稳定性理论论证其收敛性;同时考虑观测器增益系数以及低通截止频率的给定,根据实时转速反馈选取合适的观测系数和低通滤波器的截止频率;在低通滤波器后增加卡尔曼滤波器滤除系统的测量噪声和测量误差,提高观测精度。对比仿真和试验结果,验证了新型饱和函数SMO算法的实用性和有效性。     

基于非对称SVPWM的电动汽车五相永磁无刷电机容错控制

针对电动汽车用五相永磁无刷电机单相开路故障,提出了一种基于非对称空间矢量脉宽调制策略的故障容错控制方案。新型故障容错控制的设计分为两个部分,对五相永磁无刷电机驱动系统开路故障下的电压矢量关系进行了分析,然后对空间矢量调制算法进行改进,即在一个扇区中选择构成不对称波形的开关状态作为输出。该非对称空间矢量调制可以降低非故障相的电流谐波和降低转矩脉动。基于试验平台开展了试验研究,试验结果验证了新型容错控制可实现系统故障期间的低转矩脉动,且保持较好的动态性能。