《電工技術學報》高轉矩性能電機及其系統領域最新優文推薦｜2024年8月4日
《電工技術學報》是中國電工技術學會主辦的電氣工程領域綜合性學術期刊，報道基礎理論研究、工程應用等方面具有國際和國內領先水平的學術及科研成果。中國工程院院士馬偉明任《學報》編委會主任，兼《學報》主編。
作者：孫玉華, 趙文祥, 吉敬華, 曾煜, 凌志健
摘要：多相組永磁電機具有轉矩密度高、轉矩脈動小、容錯能力強的優點,在航空航天、艦船推進等高轉矩性能應用場合得到廣泛的關注。首先,該文探討多相組永磁電機的繞組拓撲特點,分析其轉矩性能提升機理,歸納轉矩性能最優的相移角設計規律。其次,總結了近年來國內外學者在多相組永磁電機領域已開展的工作,重點圍繞槽極配比、拓撲結構、相組間聯結方式等關鍵技術進行介紹。然後,基於電流諧波注入和永磁體諧波注削技術,進一步闡述了提高多相組永磁電機轉矩性能的方法。針對多相組永磁電機高可靠設計技術,從短路電流抑制、相間獨立性提高、繞組餘度提升的層面進行了整理和歸納。最後,對高轉矩性能多相組永磁電機進行總結與展望。
引用本文：孫玉華, 趙文祥, 吉敬華, 曾煜, 凌志健.高轉矩性能多相組永磁電機及其關鍵技術綜述[J].電工技術學報, 2023, 38(6): 1403-1420. 孫玉華, 趙文祥, 季靜華, 曾宇, 凌志堅.多星多相高扭矩性能永磁電機概述及其關鍵技術。電工技術學報, 2023, 38(6): 1403-1420.
作者：李世奇, 佟文明, 賈建國, 唐任遠
摘要：該文提出一種將子域法及等效磁路法相結合的新型解析模型,可在計及磁橋飽和的情況下,計算具有任意極槽配合的V型/U型/一字型內置式永磁電機的空載電磁性能。建模時首先根據轉子結構將永磁體進行等效,以便於各子域的建立;爲了考慮轉子磁橋處的飽和,採用等效磁路法來計算磁橋處的磁導率,以便於相應子域邊界條件方程的建立。電機無槽時的空載氣隙磁通密度分佈可以通過求解各子域交界面處邊界條件方程組得到,然後通過保角映射的方法可考慮定子開槽的影響。該文所提模型可用於計算內置電機的空載氣隙磁通密度分佈、反電動勢及齒槽轉矩。將模型計算結果與實驗測試及有限元計算結果進行對比,驗證了所提出模型的有效性。與有限元法相比,該文所提模型具有建模速度快、耗時短,同時可達到近似精度的優點,這爲相關電機的初始設計及優化帶來了方便。
引用本文：李世奇, 佟文明, 賈建國, 唐任遠.考慮磁橋非線性的內置式永磁同步電機空載電磁性能通用解析模型[J].電工技術學報, 2023, 38(6): 1421-1432. 李詩琦, 佟文明, 賈建國, 唐仁元.考慮磁橋非線性的內部永磁同步電機空載電磁性能通用解析模型.電工技術學報, 2023, 38(6): 1421-1432.
作者：劉蓉暉, 劉錦坤, 章君達, 孫改平
摘要：精確計算氣隙磁場是設計和分析永磁電機的關鍵。Halbach陣列永磁電機具有良好的轉矩輸出特性。轉子偏心會對永磁電機產生不良影響,準確獲得其偏心氣隙磁場分佈具有重要意義。採用雙曲餘切變換解析計算Halbach陣列表貼式永磁電機轉子偏心氣隙磁場。該文建立了Halbach陣列定子開槽、轉子偏心永磁電機二維模型。將同心解析模型分爲三類子區域,利用各區域邊界條件求解拉普拉斯方程和泊松方程,通過矢量磁位求得同心氣隙磁場,利用相對磁導函數對其進行修正,從而獲得偏心空載氣隙磁場,對其進行研究,並利用迴歸評價指標進行評估。不同偏心率下氣隙磁通密度、不平衡磁拉力、齒槽轉矩的解析結果同有限元結果吻合,驗證了該文解析模型的有效性和正確性。
引用本文：劉蓉暉, 劉錦坤, 章君達, 孫改平.基於雙曲餘切變換的Halbach陣列表貼式永磁電機轉子偏心氣隙磁場解析模型[J].電工技術學報, 2023, 38(6): 1433-1446. 劉榮輝, 劉金坤, 張軍達, 孫學萍.基於雙曲餘切變換的Halbach陣列表面貼裝永磁電機轉子偏心率氣隙磁場解析模型.電工技術學報, 2023, 38(6): 1433-1446.
作者：李澤星, 夏加寬, 劉鐵法, 郭志研, 魯冰娜
摘要：局部切向電磁力波會通過定子齒的槓桿效應引起定子軛部徑向振動,其對振動的貢獻可以與徑向電磁力波比擬。針對分數槽集中繞組永磁電機的局部切向電磁力波,提出了一種分段交錯梯形磁極的削弱方法,該方法可在保證電機轉矩密度的前提下,有效削弱局部切向電磁力引起的振動。首先,推導了作用於定子齒部的切向集中力模型,並以一臺10極12槽永磁電機爲例,分析了局部切向電磁力引起振動的原因。然後,基於有限元模型,分析了分段交錯梯形磁極對局部切向電磁力的削弱機理,並對比了優化前後電機的徑向力波、電磁轉矩以及振動頻譜。結果表明,分段交錯梯形磁極結構對徑向力、切向力均有顯著的抑制作用。最後,對優化前後的樣機進行振動實驗,驗證了優化方案的有效性。
引用本文：李澤星, 夏加寬, 劉鐵法, 郭志研, 魯冰娜.基於分段交錯梯形磁極的分數槽集中繞組永磁電機局部切向力的削弱[J].電工技術學報, 2023, 38(6): 1447-1459. 李澤行, 夏家寬, 劉鐵發, 郭志言, 盧炳娜.具有分段交錯梯形極的分數槽集中繞組永磁同步電機的局部切向力的減小.電工技術學報, 2023, 38(6): 1447-1459.
作者：孫明陽, 和陽, 邱先羣, 陶濤, 趙文祥
摘要：對於永磁同步電機（PMSM）而言，高頻信號注入法是一種有效的零低速無位置傳感器控制方法。然而,注入的高頻信號會帶來嚴重的可聽噪聲問題,無法滿足艦船推進等高端領域的應用要求。爲此，該文提出隨機頻率三角波電壓注入無位置傳感器控制方法，解決了PMSM的噪聲問題。以兩個不同頻率的三角波電壓信號爲基礎,遵循伏秒面積相等原則,通過線性同餘法生成隨機數進行選擇,合成隨機頻率的三角波電壓信號。同時,將該隨機頻率信號注入到估計的轉子參考系中,可以有效降低注入頻率處的最大噪聲,並拓展高頻電流的功率譜密度（PSD）,從而降低高頻電流引起的可聽噪聲。此外,爲了從感應電流中獲取轉子位置信息,提出了一種對應的信號解調方法。實驗驗證了該方法的可行性和有效性。
引用本文：孫明陽, 和陽, 邱先羣, 陶濤, 趙文祥.隨機頻率三角波注入永磁同步電機無位置傳感器降噪控制[J].電工技術學報, 2023, 38(6): 1460-1471. 孫明陽, 何陽, 邱先羣, 陶濤, 趙文祥.基於隨機頻率三角波注入的 PMSM 驅動器的無傳感器控制，用於降低可聽噪。電工技術學報, 2023, 38(6): 1460-1471.
作者：趙凱輝, 劉文昌, 劉智誠, 賈林, 黃剛
摘要：針對城市軌道交通高轉矩永磁同步牽引電機因參數攝動和未知擾動等不確定因素造成控制性能下降的現象,提出一種基於擴展非奇異終端滑模擾動觀測器的轉速環新型無模型非奇異快速終端滑模控制方法。首先,依據永磁同步牽引電機在參數攝動和未知擾動下的數學模型,使用轉速環的輸入輸出建立新型超局部模型。其次,基於新型超局部模型設計轉速環的無模型非奇異快速終端滑模控制器;同時結合高階滑模和非奇異終端滑模設計觀測器來實時精準估計新型超局部模型的未知部分,通過對控制器進行前饋補償,增強了系統的魯棒性,提高了轉速的控制精度,並減少了系統抖振。最後,通過與PI控制、無模型滑模控制進行仿真和實驗綜合比較,驗證了所提出的控制算法對電機參數攝動和未知擾動具有較強的容錯性和抗干擾性,能降低對電機精準數學模型的依賴。
引用本文：趙凱輝, 劉文昌, 劉智誠, 賈林, 黃剛.一種永磁同步電機無模型高階滑模控制算法[J].電工技術學報, 2023, 38(6): 1472-1485. 趙開輝, 劉文昌, 劉志成, 賈林, 黃剛.永磁同步電機的無模型高滑模控制。電工技術學報, 2023, 38(6): 1472-1485.
作者：王銘傑, 李大偉, 曲榮海, 黃禮浩
摘要：有限轉角力矩電機（LATM）具有結構簡單、控制方便、可靠性高、力矩密度大等優點,因而其作爲一種在有限轉角內直驅工作的電動作動器已廣泛應用於國民經濟的諸多領域。該文首先介紹了LATM的理論基礎，包括LATM的工作原理、矩角特性、主要拓撲結構及其演變思路，並補充了一些特殊的拓撲結構。其次，歸納了LATM的設計方法，並分析瞭如何抑制LATM工作區間內的力矩波動、提升區間內的輸出力矩以及拓寬工作區間。然後，討論了LATM在是否考慮非線性時的數學模型與控制方法。最後，對LATM的應用領域進行了歸納和介紹，總結展望了LATM及其相關技術研究的主要發展方向。
引用本文：王銘傑, 李大偉, 曲榮海, 黃禮浩.有限轉角力矩電機及其研究發展綜述[J].電工技術學報, 2023, 38(6): 1486-1505. 王明傑, 李大偉, 曲榮海, 黃麗豪.有限角力矩電機的發展與研究綜述.電工技術學報, 2023, 38(6): 1486-1505.
作者：李忠瑞, 聶子玲, 艾勝, 許傑, 曹美禾
摘要：飛輪儲能系統的工作模式要求在最短的時間內對飛輪進行可靠地充電。該文在分析傳統充電控制策略的基礎上,結合飛輪儲能系統的工作特性,提出了一種基於非線性擾動觀測器的優化充電控制策略。外環採用轉速控制和能量控制相結合的方式,轉速環實現恆轉矩控制,能量環實現恆功率控制;引入過渡控制環節實現恆轉矩控制和恆功率控制的切換;利用非線性擾動觀測器估計電機損耗功率和負載功率並進行前饋補償;基於控制系統穩態、動態和抗擾動性能的要求,給出一種控制器參數設計方法。與傳統控制策略相比,所提充電控制策略恆功率控制靈活,恆轉矩控制至恆功率控制切換平滑,且有效抑制了電機損耗功率和負載功率的影響,滿足了飛輪儲能系統的工作特性要求。最後,仿真和實驗結果驗證了所提策略的可行性和實用性。
引用本文：李忠瑞, 聶子玲, 艾勝, 許傑, 曹美禾.一種基於非線性擾動觀測器的飛輪儲能系統優化充電控制策略[J].電工技術學報, 2023, 38(6): 1506-1518. 李忠瑞, 聶子凌, 艾勝, 徐傑, 曹美鶴.一種基於非線性擾動觀測器的飛輪儲能系統優化充電控制策略.電工技術學報, 2023, 38(6): 1506-1518.
作者：程苗苗, 翟朋輝, 張英傑, 李健, 馮凱
摘要：基於音圈電機的精密宏微氣浮運動系統,是一種能克服接觸摩擦和行程限制的新型精密定位系統。針對系統中用於精密定位的音圈電機受到內外擾動從而影響系統最終定位精度的問題,在建立起音圈電機數學模型的基礎上,設計了基於反正弦函數的自學習非線性PID控制器,利用自學習算法對非線性增益函數的增益係數進行實時調整。完成算法設計與仿真後,在搭建的系統平臺分別進行了微動臺短行程定位和宏微動臺的長行程定位實驗。仿真和實驗結果表明,與傳統PID控制器相比較,自學習非線性PID控制器的使用有效提高了系統的魯棒性和定位精度,系統對位置指令響應迅速無超調,控制精度達到了亞微米級。
引用本文：程苗苗, 翟朋輝, 張英傑, 李健, 馮凱.基於自學習非線性PID的音圈電機精密定位系統[J].電工技術學報, 2023, 38(6): 1519-1530. 程淼淼, 翟鵬輝, 張英傑, 李健, 馮凱.一種基於自學習非線性PID的音圈電機驅動精密定位系統。電工技術學報, 2023, 38(6): 1519-1530.
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