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基于气隙磁场重构的永磁电机转矩脉动抑制研究

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中国电机工程学报 2023年第7期43卷 2563-2572页

作者：王凯孙海阳朱姝姝刘闯南京航空航天大学自动化学院江苏省南京市211106 南京林业大学信息科学技术学院江苏省南京市210037

永磁电机的齿槽转矩引起转矩脉动,影响电机系统的低速性能和控制精度。该文建立齿槽转矩与气隙磁场谐波的模型,分析低次谐波磁场对齿槽转矩的影响规律,揭示齿槽转矩产生机理。通过部分磁极反余弦削极技术重构气隙磁场波形,抵消3、5、7... 详细信息

永磁电机的齿槽转矩引起转矩脉动,影响电机系统的低速性能和控制精度。该文建立齿槽转矩与气隙磁场谐波的模型,分析低次谐波磁场对齿槽转矩的影响规律,揭示齿槽转矩产生机理。通过部分磁极反余弦削极技术重构气隙磁场波形,抵消3、5、7次谐波磁场引起的齿槽转矩,实现电机齿槽转矩的抑制。与现有减小齿槽转矩的方法相比,所提方法通过间接控制气隙磁场减小齿槽转矩。通过有限元法对所提的方法进行验证,并研制1台12槽8极部分反余弦削极转子永磁电机,进行相关测试。

关键词：气隙磁场谐波齿槽转矩永磁电机转矩密度

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集成感应式交替极混合励磁无刷直流发电机

中国电机工程学报 2022年第11期42卷 4209-4217页

作者：李健王凯朱姝姝刘闯南京航空航天大学自动化学院江苏省南京市211106

为了同时实现转子永磁型直流发电机的灵活调压和无刷化励磁,提出一种新型的混合励磁无刷直流发电机。该发电机采用N-I-I-I型交替极拓扑,利用铁心极的高磁导特征,即通过铁心极为电励磁磁通提供低磁阻路径,实现磁通的灵活调节。同时,采用... 详细信息

为了同时实现转子永磁型直流发电机的灵活调压和无刷化励磁,提出一种新型的混合励磁无刷直流发电机。该发电机采用N-I-I-I型交替极拓扑,利用铁心极的高磁导特征,即通过铁心极为电励磁磁通提供低磁阻路径,实现磁通的灵活调节。同时,采用集成式直流感应方式实现无刷化励磁,感应励磁部分和主电机部分共用一套定转子铁心(叠片),不存在径向/轴向三维磁路,结构简单,且空间利用率高。该文介绍所提新型集成感应式混合励磁无刷直流发电机的结构,阐述其运行原理;并采用有限元仿真分析其空载和负载下的电磁性能。结果表明所提出的发电机具有良好的感应励磁特性和调压特性。最后,加工一台样机,测试结果验证了理论和仿真分析的正确性。

关键词：混合励磁电机交替极集成式直流感应无刷直流发电机调压

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航空第二动力系统技术综述

航空动力学报 2023年

作者：周洲刘闯朱学忠朱姝姝南京航空航天大学自动化学院

第二动力系统（Secondary Power System，SPS）是承担关键任务的复杂机载系统。以美军装备为例分别介绍了典型的机械传动SPS、气压传动SPS和电气传动SPS并对三者的优缺点进行了总结，回顾了美军与国防承包商的SPS研发历程并分析了它们... 详细信息

第二动力系统（Secondary Power System，SPS）是承担关键任务的复杂机载系统。以美军装备为例分别介绍了典型的机械传动SPS、气压传动SPS和电气传动SPS并对三者的优缺点进行了总结，回顾了美军与国防承包商的SPS研发历程并分析了它们的技术特点，总结了先进SPS的四项关键技术，简要介绍了SPS的应用拓展并对SPS的发展趋势进行了展望。指出了未来先进SPS的四大主要技术特点：多电化架构、高功能集成度、能量综合、优化利用能力以及与主发的协同增效。

关键词：第二动力系统辅助动力装置多电技术起动/发电技术热管理技术

气隙磁场重构抑制永磁电机的齿槽转矩(英文)

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中国电机工程学报 2022年

作者：王凯孙海阳朱姝姝刘闯南京航空航天大学自动化学院南京林业大学信息科学技术学院

永磁电机的齿槽转矩会带来转矩脉动，对电机系统的低速性能和控制精度有不利的影响。本文建立了齿槽转矩与气隙磁场谐波的关系，揭示了低次谐波磁场对齿槽转矩的影响规律，从磁场调制角度剖析了齿槽转矩产生机理。提出磁极部分反余弦削...

永磁电机的齿槽转矩会带来转矩脉动，对电机系统的低速性能和控制精度有不利的影响。本文建立了齿槽转矩与气隙磁场谐波的关系，揭示了低次谐波磁场对齿槽转矩的影响规律，从磁场调制角度剖析了齿槽转矩产生机理。提出磁极部分反余弦削极技术，重构了气隙磁场波形，使3、5、7次谐波磁场引起的齿槽转矩相互抵消，实现了电机齿槽转矩的抑制。与现有的减小齿槽转矩的方法相比，本文提出的方法通过间接控制气隙磁场减小齿槽转矩，可以节省大量的计算时间。本文使用有限元法对所提的方法加以验证，并研制了一台12槽8极部分反余弦削极转子永磁电机，进行了相关测试。

关键词：

交流励磁混合励磁电机的调磁稳压控制策略研究

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中国电机工程学报 2022年第13期42卷 4955-4962页

作者：刘凡王凯李健朱姝姝刘闯南京航空航天大学自动化学院江苏省南京市211106

交流励磁混合励磁同步发电机(hybrid excitation synchronous generator,HESG)的励磁绕组和转子分别采用交流励磁和交替极结构,实现了永磁磁通和电励磁磁通并联,降低了由电励磁磁通导致的永磁体不可逆退磁风险。由于混合励磁电机引入励... 详细信息

交流励磁混合励磁同步发电机(hybrid excitation synchronous generator,HESG)的励磁绕组和转子分别采用交流励磁和交替极结构,实现了永磁磁通和电励磁磁通并联,降低了由电励磁磁通导致的永磁体不可逆退磁风险。由于混合励磁电机引入励磁绕组,其控制系统具有强耦合、多维度、多变量等特点,控制难度较大。该文研究交流励磁HESG负载和转速变化时稳压控制策略,首先建立电机数学模型,其次推导基于励磁绕组磁场定向控制时输出电压与励磁绕组电流的关系,分析交流励磁HESG不同运行状态下的稳压原理,并据此提出稳压控制策略。最后搭建发电实验平台,验证数学模型的准确性和控制策略的有效性。

关键词：混合励磁同步电机交流励磁磁场定向控制调磁稳压空间矢量脉宽调制

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基于图网络优化的多目标跟踪算法研究

基于图网络优化的多目标跟踪算法研究

作者：朱姝姝南京理工大学

学位级别：硕士

多目标跟踪技术是计算机视觉领域的重要研究方向,涉及到统计分析、机器学习、模式识别等多门学科,广泛应用在自动驾驶、视频监控等方向,有重大的研究价值和应用前景。多目标跟踪旨在对单个视频序列中多个目标进行检测和位置锁定,并在后... 详细信息

多目标跟踪技术是计算机视觉领域的重要研究方向,涉及到统计分析、机器学习、模式识别等多门学科,广泛应用在自动驾驶、视频监控等方向,有重大的研究价值和应用前景。多目标跟踪旨在对单个视频序列中多个目标进行检测和位置锁定,并在后续帧中维持其身份信息不变,最后将其轨迹链接起来。复杂场景下多目标跟踪依然具有挑战性,比如存在目标表征相似、场景拥挤、目标遮挡等问题。这些问题的主要瓶颈在于目标鉴别特征有效学习和数据关联的有效性分析。本论文在目标特征加强和相似性度量两个方面展开研究。在特征加强方面,主要基于帧内关系建模和自注意力机制融合目标的局部和全局特征。在相似性度量方面,本文在数据关联阶段使用图匹配模块来结合单个目标特征和多个目标之间交互的拓扑关系进行相似度计算和优化分配,以提高了多目标跟踪的精确度。本文的具体工作如下:针对目标表观特征相似的问题,本文设计了一种新的基于帧内建模和自注意力融合的多目标跟踪方法。当目标表观相似且运动轨迹也雷同时,会出现轨迹中两个目标和候选框中同一个目标都有较高的相似度的情况,而无法对其准确区分。为此,本文在帧内对每个目标与其周围距离最近的两个邻居建立一个拓扑图,并聚合周围邻居特征来增强自身的区别性,即目标的局部特征。此外,本文还考虑在目标帧间建立二分图来聚合邻居帧内目标的特征信息,以捕获全局特征,并通过引入图注意力机制自主学习局部特征和全局特征的权重信息并对其两者进行融合,以得到目标最终的特征表示。大量的对比实验验证了帧内模型和融合机制的有效性。针对在复杂背景下的目标遮挡问题,本文设计了一种基于改进可学习图匹配的多目标跟踪方法。已知目标的遮挡问题将导致无法提取相应有效的特征表示,对于后续的数据关联将有很大影响。为此本文引入了图匹配模块,在数据关联阶段考虑了目标与周围邻居目标间的拓扑关系,即对于轨迹目标和候选目标,同时计算它们的特征相似度和拓扑关系相似度。并针对图匹配中拓扑关系计算成本高的问题,使用边筛选策略和最小生成树算法进行改进,在降低计算成本的同时保证了跟踪性能。大量对比实验验证了改进可学习图匹配模块的有效性。本文针对前面两项工作提出的模型,实现了一套多目标跟踪系统。该系统包含多个功能模块,例如用户登录和注册、模型训练、模型跟踪和可视化模块等,其中模型的训练和跟踪过程都可进行可视化功能展示。

关键词：多目标跟踪图神经网络数据关联帧内目标关系建模图匹配

发电机定子环形励磁绕组寄生电容解析模型与容值降低方法

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中国电机工程学报 2023年

作者：朱姝姝刘倩倩原熙博王凯刘闯南京航空航天大学中国矿业大学

励磁控制器是调节发电机励磁电流，控制发电机电压的核心部件。采用宽禁带功率器件（例如碳化硅、氮化镓器件）的励磁控制器具有损耗低、开关频率高的优点，而电路中的寄生电容会影响功率管的开关性能，增加开关损耗，带来震荡和电磁干... 详细信息

励磁控制器是调节发电机励磁电流，控制发电机电压的核心部件。采用宽禁带功率器件（例如碳化硅、氮化镓器件）的励磁控制器具有损耗低、开关频率高的优点，而电路中的寄生电容会影响功率管的开关性能，增加开关损耗，带来震荡和电磁干扰问题等。励磁绕组寄生电容是励磁控制电路的重要组成部分，降低其容值可有效提升控制器性能。为了探寻有效的容值降低方法，本文建立了考虑匝间距离、匝到铁心距离和层间距离的多层绕组寄生电容解析模型。通过田口法计算参数灵敏度得到影响寄生电容的关键参数，研究寄生电容的变化规律。在考虑槽空间约束情况下得到降低多层定子环形励磁绕组寄生电容的有效方法。通过实验验证了解析模型的准确性和降低寄生电容方法的有效性。

关键词：寄生电容解析模型励磁绕组距离参数

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混合励磁交替极永磁电机多谐波调磁技术研究

中国电机工程学报 2023年第4期43卷 1579-1588页

作者：李烽王凯高培伟孙海阳朱姝姝刘闯南京航空航天大学江苏省南京市211106

高磁能永磁材料是电机实现高转矩/功率密度的前提条件,但其高矫顽力等特性导致电机弱磁困难,限制其在航空航天等高速场合的应用。针对此问题,该文提出一种混合励磁交替极永磁游标电机(hybrid excited consequent pole permanent magnet ... 详细信息

高磁能永磁材料是电机实现高转矩/功率密度的前提条件,但其高矫顽力等特性导致电机弱磁困难,限制其在航空航天等高速场合的应用。针对此问题,该文提出一种混合励磁交替极永磁游标电机(hybrid excited consequent pole permanent magnet vernier machine,HE-CPPMVM)。该电机的转子采用CPPM结构,定子齿上同时绕有集中电枢绕组和直流励磁绕组。无励磁电流时,旋转的永磁场经定子齿的调制后与电枢反应谐波相互作用实现机电能量转换;施加励磁电流时,定子励磁绕组通电后可产生静止励磁磁场,经CPPM转子凸极铁芯调制后与电枢反应谐波相互作用可灵活调节电机磁场。该文介绍该电机的结构特征,建立交替极永磁场、励磁磁场和定转子磁导模型,阐述工作谐波特性,揭示其多谐波工作调磁原理。加工原理样机并进行测试,验证调磁原理的有效性。

关键词：永磁游标电机分裂齿交替极转子混合励磁多工作谐波

基于不等匝绕组的交替极永磁电机转矩脉动抑制技术

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电机与控制学报 2023年第11期27卷 21-29页

作者：李烽王凯朱姝姝刘闯高培伟孙海阳南京航空航天大学民航学院江苏南京211106 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027 南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106 南京林业大学信息科学技术学院、人工智能学院江苏南京211106

交替极电机的永磁体被凸极铁心替换会形成不对称的空载气隙磁密,导致气隙磁密偶次谐波,进一步在相反电动势中感应出偶次谐波,增加电磁转矩脉动。当交替极永磁电机的极槽配合符合Ns=k(2P±1)(k是正整数,Ns和P分别是定子槽数和转子极对数)... 详细信息

交替极电机的永磁体被凸极铁心替换会形成不对称的空载气隙磁密,导致气隙磁密偶次谐波,进一步在相反电动势中感应出偶次谐波,增加电磁转矩脉动。当交替极永磁电机的极槽配合符合Ns=k(2P±1)(k是正整数,Ns和P分别是定子槽数和转子极对数)时,相反电势中会存在偶次谐波。为此,提出不等匝绕组技术消除交替极永磁电机的低次反电势偶次谐波,抑制电磁转矩脉动。首先推导了消除2次和4次反电势谐波的最优比例,然后以27槽30极电机为例,采用2维有限元方法对比分析了交替极和传统永磁电机的反电势和转矩特性,结果表明,采用不等匝绕组的交替极电机转矩脉动仅为1.2%,与传统电机相比下降了7.84个百分点,最后加工了不等匝绕组27槽30极交替极永磁电机对对理论和有限元分析进行了验证。

关键词：永磁电机交替极转子反电势偶次谐波不等匝绕组转矩脉动