Dynamic neighborhood genetic learning particle swarm optimization for high-power-density electric propulsion motor

To maximize the power density of the electric propulsion motor in aerospace application, this paper proposes a novel Dynamic Neighborhood Genetic Learning Particle Swarm Optimization (DNGL-PSO) for the motor design, which can deal with the insufficient population diversity and non-global optimal solution issues. The DNGL-PSO framework is composed of the dynamic neighborhood module and the particle update module. To improve the population diversity, the dynamic neighborhood strategy is first proposed, which combines the local neighborhood exemplar generation mechanism and the shuffling mechanism. The local neighborhood exemplar generation mechanism enlarges the search range of the algorithm in the solution space, thus obtaining high-quality exemplars. Meanwhile, when the global optimal solution cannot update its fitness value, the shuffling mechanism module is triggered to dynamically change the local neighborhood members. The roulette wheel selection operator is introduced into the shuffling mechanism to ensure that particles with larger fitness value are selected with a higher probability and remain in the local neighborhood. Then, the global learning based particle update approach is proposed, which can achieve a good balance between the expansion of the search range in the early stage and the acceleration of local convergence in the later stage. Finally, the optimization design of the electric propulsion motor is conducted to verify the effectiveness of the proposed DNGL-PSO. The simulation results show that the proposed DNGL-PSO has excellent adaptability, optimization efficiency and global optimization capability, while the optimized electric propulsion motor has a high power density of 5.207 kW/kg with the efficiency of 96.12%.     

Toroidal magnetic fields for protecting astronauts from ionizing radiation in long duration deep space missions

Among the configurations of superconducting magnet structures proposed for protecting manned spaceships or manned deep space bases from ionizing radiation, toroidal ones are the most appealing for the efficient use of the magnetic field, being most of the incoming particle directions perpendicular to the induction lines of the field. The parameters of the toroid configuration essentially depend from the shape and volume of the habitat to be protected and the level of protection to be guaranteed. Two options are considered: (1) the magnetic system forming with the habitat a unique complex (compact toroid) to be launched as one piece; (2) the magnetic system to be launched separately from the habitat and assembled around it in space (large toroid).     

基于电永磁技术的对接/分离机构设计

空间对接技术在航天器的补给、维修、维护以及在轨组装等领域发挥了重要作用.针对电磁对接方式存在对接力小、作用距离短、能耗高和锁紧/分离过程繁琐等缺点,设计了一种新型的综合电磁和永磁特性的电永磁对接/分离机构.采用有限元法仿真软件,计算了对接状态不同距离下的磁力与磁感应强度,分离状态下的磁斥力,以及锁紧状态的磁吸力.在体积...     

基于闭环电流平均值法的永磁同步电机谐波抑制方法

由于逆变器的非线性及永磁同步电机(PMSM)的气隙磁场畸变,在运行过程中PMSM定子电流中含有大量的谐波分量,导致电流波形发生畸变,从而引起较大的转矩脉动。针对传统谐波抑制方法采用低通滤波器(LPF)提取5、7次谐波分量,动态响应时间长,稳态误差大的问题,提出了闭环电流平均值法提取谐波分量。仿真结果表明,闭环电流平均值法可以提高系统的快速性和稳定性。将电流平均值法应用于PMSM谐波抑制系统,仿真结果表明:基于闭环电流平均值法的谐波电压注入法可以降低电流波形的畸变率及5、7次谐波含量。     

基于非线性抗扰滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)内部参数不确定和外部干扰未知的问题,提出了一种基于非线性光滑扩张状态观测器(ESO)的非线性控制方法。通过引入非线性光滑函数设计了ESO,实现了对PMSM内部和外部不确定因素的观测,并把观测结果实时补偿给非线性控制器,有效提高了电机的动静态性能和抗扰能力。采用基于非线性光滑函数的滑模控制器替代传统直接转矩控制中的滞环控制器,有效地削弱了转矩和磁链的抖振和脉动。仿真结果表明所提方法响应速度快、稳定性好、抗扰能力强,是一种鲁棒性强的控制方法。     

永磁同步电机变论域模糊直接转矩控制

直接转矩控制(DTC)相比矢量控制转矩响应快,能够很好地适应对转矩响应要求较高的应用场合。但常规DTC存在转矩脉动、磁链脉动大和谐波电流较大的缺点,可能导致更高的定子铜耗,从而降低驱动效率。针对这一问题,以DTC基本原理为出发点,提出一种用磁链和转矩模糊控制器代替传统滞环比较器的控制策略。常规模糊控制器可能会出现模糊规则不足或得不到充分应用的情况,导致模糊控制效果变差,针对这一不足在转矩环加入变论域模糊控制。使用MATLAB/Simulink对变论域模糊DTC系统进行仿真。仿真结果表明:该变论域模糊控制系统能够有效地抑制转矩脉动、磁链脉动和谐波电流。     

永磁同步电机弱磁最优控制策略研究

针对永磁同步电机(PMSM)在恒转矩区起动能力差、在恒功率区电流轨迹不易跟踪等问题,提出基于电压反馈复合电流前馈的定子电流弱磁最优控制策略。通过判断电流前馈环节达到稳定时所需的电流与采用最大转矩电流比(MTPA)算法所得电流大小,使定子电流在恒转矩区通过电流前馈作用快速跟踪MTPA曲线,加快起动;在恒功率区采用电压反馈复合电流前馈的策略,增强系统抗干扰能力的同时最大化直流母线电压利用率。为了验证该策略的可行性,搭建PMSM仿真模型,构建以dSPACE1007为核心的试验平台,对其进行仿真和试验,结果表明了该策略的稳定性和有效性。     

基于MRAS的永磁同步电机无位置传感器控制策略研究

针对机械式传感器的使用会增加调速系统成本、故障率等问题,基于模型参考自适应系统(MRAS)设计了永磁同步电机(PMSM)无位置传感器矢量控制系统。推导了MRAS算法获取PMSM矢量调速系统转速与位置过程,给出了系统的自适应律选择,并证明了该系统满足Popov超稳定性条件,保证了系统渐进稳定。最后通过MATLAB/Simulink仿真软件搭建了仿真模型,仿真结果表明所设计的无位置传感器调速系统在负载突变以及转速动态变化等工况下具有良好的控制性能。     

基于高功率因数控制的永磁同步电机无电解电容驱动系统控制策略

永磁同步电机无电解电容驱动系统因其成本与寿命的优势,在白色家电领域逐步得到广泛的应用。然而,由于使用小容量的薄膜电容取代大容量的电解电容,母线电压会以两倍工频波动,在母线电压处于波谷时,逆变器输出电压容易饱和,导致控制性能恶化,网侧电流畸变。因此,提出了一种基于高功率因数控制的转矩控制环和电压矢量修正策略,能够有效提升网侧功率因数,抑制网侧电流谐波并符合IEC 6100032标准。该算法的有效性通过仿真得以验证。     

基于混合终端滑模观测器的永磁同步电机位置和速度估计方法

传统滑模观测器受固有抖振特性影响,且有低通滤波器带来的反电动势观测幅值削弱和观测相位偏移,从而导致永磁同步电机(PMSM)控制精度降低。为解决该问题,提出了一种基于二阶混合终端滑模观测器的PMSM位置和速度估计方法。基于线性滑模与混合终端滑模的二阶滑模切换面,设计合理的滑模控制律,有效抑制传统滑模方法的固有抖振特性,并且能够避免使用低通滤波器所带来的反电动势观测幅值削弱和相位偏移问题,有效提高转子位置和转速的估计精度。在此基础上,进一步分析了该滑模观测器对于电机定子电阻和电感参数摄动的鲁棒性。试验结果证明了所提混合终端滑模观测器的有效性、实用性和优越性。