《电工技术学报》电机及其控制领域最新优文推荐|2023年12月

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《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

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永磁直线同步电机自适应分数阶终端滑模控制

作者：赵鑫宇,王丽梅

摘要：针对永磁直线同步电机的位置跟踪性能易受负载扰动、动子质量变化等不确定性的影响,提出一种基于半正定屏障函数的自适应分数阶终端滑模控制策略。首先,采用分数阶终端滑模控制方法来抑制不确定性对系统的影响,保证了跟踪误差在有限时间收敛,且能够有效地减小系统稳态误差。然后,为了进一步改善系统鲁棒跟踪性能,设计基于半正定屏障函数的自适应控制对不确定扰动的上界进行估计,避免了控制增益的过高估计且削弱了系统抖振。此外,该自适应策略在不需要外界扰动先验信息的情况下,可以使得系统误差收敛到一个预定的零邻域内。最后,实验结果表明,该策略提高了系统的跟踪精度,对负载扰动和附加有效载荷具有较强鲁棒性。

引用本文：赵鑫宇,王丽梅.永磁直线同步电机自适应分数阶终端滑模控制[J].电工技术学报,2023,38(20):5434-5443.赵新宇,王丽梅.永磁直线同步电机的自适应分数阶终端滑模控制.电工技术学报,2023,38(20):5434-5443.

基于新型解析权重因子配置的感应电机模型预测转矩控制

作者：颜黎明,郭鑫,徐玺声,魏巍

摘要：在感应电机有限集预测转矩控制中,权重因子的配置是多控制目标协同优化的关键参数。由于缺乏理论指导,通常采用试凑法,因而难以实现电驱系统的最优控制。针对此问题,该文提出基于新型解析权重配置的感应电机预测转矩控制。首先,分析了不同转速转矩工况下,权重因子对电磁转矩脉动、定子磁链幅值脉动和电流谐波含量的影响机理。然后,依据感应电机电磁关系的内在联系,解析地推导了权重因子配置的数学表达式,可实现不同工况下感应电机的多目标最优控制。鉴于权重因子解析表达式依赖于电机参数,该文融合了在线参数辨识技术,可实现权重因子及预测模型的计算精度。实验结果验证了所提算法的有效性。

引用本文：颜黎明,郭鑫,徐玺声,魏巍.基于新型解析权重因子配置的感应电机模型预测转矩控制[J].电工技术学报,2023,38(20):5421-5433.闫黎明,郭鑫,徐希生,魏巍.使用新颖的解析加权因子赋值对感应电机驱动器的预测扭矩控制进行建模.电工技术学报,2023,38(20):5421-5433.

笼型感应电机转子轴向分段错开结构削弱同步附加转矩的研究

作者：徐威,任晓明,宁银行,鲍晓华

摘要：特定槽配合感应电机输出转矩与电机起动位置有关。为抑制转矩随起动位置周期变化引起的转矩波动,提出一种削弱同步附加转矩的轴向分段错开转子结构。建立电磁转矩计算模型,推导关于转子初始位置的转矩幅值表达式,确定产生恒定转矩的磁场阶次和电机转速条件。基于磁动势线性分布假设,探讨转子分段错开结构减小谐波电动势的机理,量化同步附加转矩削弱程度与转子错开段数的关系。以四种特殊槽配合为例,仿真分析单斜槽转子、分段错开转子及两者组合结构转子,对电机基波转矩和同步附加转矩的影响。最后,选择等槽配合方案试制双斜槽转子样机,开展电机堵转转矩和空载特性试验。结果表明,转子分段错开结构有效削弱了同步附加转矩,解决了等槽配合感应电机起动困难的问题,为抑制电机转矩波动和槽配合选取方法的研究提供了理论参考。

引用本文：徐威,任晓明,宁银行,鲍晓华.笼型感应电机转子轴向分段错开结构削弱同步附加转矩的研究[J].电工技术学报,2023,38(20):5411-5420.徐伟,任晓明,宁银航,包晓华.笼式感应电机转子轴向分段交错结构降低同步寄生转矩的研究.电工技术学报,2023,38(20):5411-5420.

基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略

作者：郝振洋,张嘉文,杨健,曹鑫,张雅

摘要：以单相无刷直流电机（SPBLDC）控制系统为研究对象，针对小型风机位置传感器安装受限等问题，提出基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略，该策略通过单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合的控制方法实现。通过构建SPBLDC的小信号模型,根据小信号根轨迹分析法,分别对单相I/f电流幅值控制以及单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合控制方法下系统全速域稳态及动态调速过程进行稳定性分析,选取了合适的升速斜率,理论分析了该控制策略能够提高电机运行效率,同时保证系统全速域均具备良好的稳定性能。在Matlab/Simulink环境中仿真验证该控制策略下系统全速域均高效运行于最大转矩/电流比状态，电机转速、电流收敛性能及稳定性均有提升。最后,实验验证了该控制策略的有效性及工程应用的可行性。

引用本文：郝振洋,张嘉文,杨健,曹鑫,张雅.基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略[J].电工技术学报,2023,38(20):5444-5457.郝振阳,张家文,杨健,曹欣,张亚.基于单相无刷直流电机的高效全速域无传感器控制策略.电工技术学报,2023,38(20):5444-5457.

考虑交叉耦合影响的内置式永磁同步电机电感计算及转矩分析

作者：李仕豪,狄冲,刘佶炜,鲍晓华

摘要：内置式永磁同步电机的电磁转矩主要包括永磁转矩和磁阻转矩两种成分,转矩成分的准确分离和分析有助于进一步优化设计电机拓扑结构,提高电机的功率密度,而电磁转矩成分精确分析的关键在于交直轴电感的准确计算。该文针对内置式永磁同步电机的交直轴电感求解与转矩成分分析的实际问题,以一台8极11 kW的内置式永磁同步电机为例,对其进行建模仿真计算;通过对采用静磁场求解电感与瞬态场求解电感两类求解电感的方法进行对比分析,在此基础上提出了一种改进的静磁场快速求解交直轴电感的方法,并实现了对电机转矩组成的高精度分离提取和在电磁设计阶段对电磁转矩成分的预测。改进的静磁场求解电感的方法既能精确考虑交叉耦合效应,又能考虑不同负载下饱和效应的影响。此外,相较于瞬态场求解电感的方法,该方法有效减少了仿真步数从而缩短了仿真时长。最后,构建实验测试平台对目标样机进行了转矩测试,并与预测模型结果进行比较,实验结果验证了所提方法的准确性和有效性。

引用本文：李仕豪,狄冲,刘佶炜,鲍晓华.考虑交叉耦合影响的内置式永磁同步电机电感计算及转矩分析[J].电工技术学报,2023,38(18):4889-4899.李世豪,狄冲,刘继伟,包晓华.考虑交叉耦合效应的内置式永磁同步电机电感计算与转矩分析.电工技术学报,2023,38(18):4889-4899.

基于参考调整轮廓误差的直驱XY运动平台自适应非线性滑模轮廓控制

作者：金鸿雁, 宫艳书, 赵希梅

摘要：针对精密直驱XY运动平台在执行加工任务时，易受到系统不确定性动力学及双轴协调匹配性的影响而产生轮廓误差的问题，提出一种基于参考调整轮廓误差（RACE）模型和不确定性补偿器（UC）的自适应非线性滑模轮廓控制（ANSMCC）方法。由于传统的将跟踪误差法向分量视作近似轮廓误差的方法并不适用于大曲率轮廓加工轨迹,因此,建立参考调整坐标系,通过坐标变换的方式计算得出更为精准的RACE模型。采用ANSMCC方法对轮廓误差进行控制，通过设计非线性滑模面可以有效提高系统的动态响应速度和轮廓跟踪精度。为进一步减小参考模型与实际对象之间的误差,设计UC对不确定性动力学进行补偿,从而提高系统的鲁棒性。实验结果表明,该方法能够有效克服直驱XY平台系统中不确定性动力学的影响,提高轮廓加工精度。

引用本文：金鸿雁,宫艳书,赵希梅.基于参考调整轮廓误差的直驱XY运动平台自适应非线性滑模轮廓控制[J].电工技术学报,2023,38(18):4900-4909.金红艳,龚彦姝,赵希梅.基于参考调整轮廓误差的直驱XY运动平台自适应非线性滑模轮廓控制.电工技术学报,2023,38(18):4900-4909.

负载变化下无传感器感应电机主动零频穿越及脉动抑制策略

作者：杨凯, 李孺涵, 罗成, 黄煜昊, 罗伊逍

摘要：无速度传感器感应电机系统在低速、变负载工况运行时,转速可观测性较差。为此,提出一种负载变化下无传感器感应电机主动零频穿越及脉动抑制策略。首先,基于误差系数矩阵行列式分析,阐述了低速发电不稳定的原因,揭示了负载变化对感应电机低速运行稳定性的影响,指出负载变化下恒励磁电流策略存在转速不可观测、系统稳定性差等问题。进而,以提高负载变化下系统的转速可观测性为目标,引入主动零频穿越策略,并基于定子电流限制推导出励磁电流自适应变化区间与其修正步长。为提升系统稳态带载能力,分析了同步转速限制值对电机转矩输出能力的影响,并给出同步转速限制值取值范围。此外,为抑制主动零频穿越过程中的转速/磁链/电流脉动,保证电磁转矩和负载实时匹配,提出转矩电流相位补偿方法。最后,在2.2 kW的感应电机实验平台上验证了所提方法的有效性。

引用本文：杨凯,李孺涵,罗成,黄煜昊,罗伊逍.负载变化下无传感器感应电机主动零频穿越及脉动抑制策略[J].电工技术学报,2023,38(18):4910-4920.杨开,李如晗,罗成,黄宇浩, 罗一潇.负载变化下无传感器感应电机驱动器的主动低频穿越方法及其纹波抑制方法.电工技术学报,2023,38(18):4910-4920.

小样本条件下永磁同步电机深度迁移学习性能预测方法

作者：金亮, 闫银刚, 杨庆新, 刘素贞, 张闯

摘要：使用深度学习算法建立代理模型可实现电工装备性能的快速预测与分析,但其训练过程需大量样本。而现代电工装备的标签样本稀缺,导致模型预测精度低,制约了算法的工程应用。考虑到历史任务中积累的标签样本充足,且此类样本与目标任务的样本间存在相关的知识信息,建立了一种深度迁移学习性能预测方法,将历史电机样本中积累的性能预测知识迁移应用于目标电机性能分析中。首先使用目标域无标签样本对深度置信网络（DBN）进行逐层无监督训练,然后借助源域有标签样本建立参数共享的预训练网络,最后通过少量目标域有标签样本进行适配层训练和全网络微调的方法实现模型迁移。通过结构差异程度不同的Prius电机进行案例验证,结果表明,所提方法能够在满足一定预测精度的情况下,使用较少的标签样本完成目标电机的性能预测任务,为现代电工装备的性能分析与优化提供了新的思路和实践方法。

引用本文：金亮,闫银刚,杨庆新,刘素贞,张闯.小样本条件下永磁同步电机深度迁移学习性能预测方法[J].电工技术学报,2023,38(18):4921-4931.金亮,闫银刚,杨庆新,刘素贞,张闯.永磁同步电机在少脉冲条件下的深度迁移学习性能预测方法.电工技术学报,2023,38(18):4921-4931.

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