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基于多变运行工况的漏磁可控型永磁电机电流分段预测控制

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中国电机工程学报 2022年第21期42卷 7972-7981页

作者：朱孝勇李磊徐磊于宝鑫张丽江苏大学电气信息工程学院江苏省镇江市212013

漏磁可控型永磁(fluxleakagecontrollablepermanent magnet,FLCPM)电机是一类新型磁通可控永磁电机。针对该类电机在多变运行工况下永磁磁链、电感等参数随电流变化的问题,该文提出一种多变运行工况电流预测分段控制方法。根据漏磁可控... 详细信息

漏磁可控型永磁(fluxleakagecontrollablepermanent magnet,FLCPM)电机是一类新型磁通可控永磁电机。针对该类电机在多变运行工况下永磁磁链、电感等参数随电流变化的问题,该文提出一种多变运行工况电流预测分段控制方法。根据漏磁可控型电机的电磁特性,将电机的运行工况划分为:轻载区、中载区、重载区,以及饱和区4个区域。在此基础上,构建电机磁链变化与运行工况的映射关系,探究电流分配机理。分析多变运行工况下电机参数变化对电流预测控制误差的影响,提出考虑参数变化影响的分段预测控制策略。最后,通过实验验证了所提电流分段预测控制方法的有效性。

关键词：漏磁可控多变运行工况模型预测控制电流分段控制预测误差

基于自适应解调鲁棒观测器的漏磁可控式永磁电机无位置传感器控制研究

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中国电机工程学报 2023年第17期43卷 6840-6851页

作者：董文亮朱孝勇张丽徐磊彭忠飞 CHEN Wenhua 江苏大学电气信息工程学院江苏省镇江市212013 拉夫堡大学航空与汽车工程学院英国莱斯特郡拉夫堡LE113TU

漏磁可控式永磁(adjustable leakage flux permanent magnet,ALF-PM)电机具有轻载时宽调速范围、重载时高输出转矩的特性,满足电动拖拉机的多变运行工况需求。然而,多变工况下该电机的电磁参数失配严重影响无位置传感器控制的转子位置... 详细信息

漏磁可控式永磁(adjustable leakage flux permanent magnet,ALF-PM)电机具有轻载时宽调速范围、重载时高输出转矩的特性,满足电动拖拉机的多变运行工况需求。然而,多变工况下该电机的电磁参数失配严重影响无位置传感器控制的转子位置估计性能。为解决上述问题,该文提出一种基于自适应解调鲁棒观测器的无位置传感器控制策略。首先,提出基于自适应位置误差解调器的高频电流解调算法,直接解调q轴电流,并通过内部参数自适应以动态调节解调器带宽,从而保证ALF-PM电机在多变工况下解调信号的高品质。在此基础上,利用自适应扩张状态观测器来观测转子位置信息,提出带宽自适应调整方案来在线调整观测器参数,以及设计鲁棒控制器提高估计负载转矩的动态响应性能,降低多变工况下参数失配带来的影响,从而提高位置观测器的鲁棒性。最后,通过实验验证所提无位置传感器驱动控制系统的可行性和有效性。

关键词：漏磁可控多变运行工况无位置传感器驱动控制系统自适应解调与观测鲁棒控制

基于三矢量模型的漏磁可控永磁电机最小铜耗控制

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中国电机工程学报 2022年第24期42卷 9084-9093页

作者：范文杰全力徐磊朱孝勇陈强江苏大学电气信息工程学院江苏省镇江市212013 南京工程学院电力工程学院江苏省南京市211167

漏磁可控永磁电机(controllable leakage flux permanent magnet motor,CLF-PM motor)是一种新型磁通可控永磁电机,具有低速大扭矩和宽调速特性,在电动汽车等牵引驱动领域具有潜在的广阔应用前景。该文针对该类电机多变运行工况下磁链... 详细信息

漏磁可控永磁电机(controllable leakage flux permanent magnet motor,CLF-PM motor)是一种新型磁通可控永磁电机,具有低速大扭矩和宽调速特性,在电动汽车等牵引驱动领域具有潜在的广阔应用前景。该文针对该类电机多变运行工况下磁链、电感特性耦合的特点,提出一种基于转矩电流、调磁电流、d轴电流三矢量模型的最小铜耗控制策略。分析该类漏磁可控永磁电机的漏磁控制原理,探究磁链、电感特性与电流的映射关系,将q轴电流矢量分解为转矩电流与调磁电流,构建电流三矢量控制模型。在此基础上,以电机铜耗最小为目标,提出调磁系数控制策略,实现该电机三电流矢量的最优配置。最后,通过仿真和实验验证所提出电流三矢量解耦和最小铜耗控制策略的正确性与有效性。

关键词：漏磁可控电流解耦三矢量模型最小铜耗

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漏磁可控永磁电机转矩特性分析与优化设计

漏磁可控永磁电机转矩特性分析与优化设计

作者：胡慧慧江苏大学

学位级别：硕士

近年来,节能高效的纯电动汽车引起了国内外专家的普遍重视,已经成为了新能源汽车的重点发展方向之一。随着现代交通的日益复杂与电动汽车的逐渐普及,电动汽车的设计需求也越来越严苛。漏磁可控永磁电机以其高效和宽调速范围等优点受到... 详细信息

近年来,节能高效的纯电动汽车引起了国内外专家的普遍重视,已经成为了新能源汽车的重点发展方向之一。随着现代交通的日益复杂与电动汽车的逐渐普及,电动汽车的设计需求也越来越严苛。漏磁可控永磁电机以其高效和宽调速范围等优点受到了电机领域专家的广泛关注。但是,当前对漏磁可控永磁电机的研究主要集中在额定工况,而对其在不同运行工况下的转矩输出能力研究较少。合理分配漏磁可控电机多变漏磁运行工况下转矩分量占比,有利于实现电机转矩输出能力的综合提升。因此,为进一步提升漏磁可控电机在不同运行工况下的转矩输出能力,本文基于漏磁可控运行原理设计了一种新型的漏磁可控永磁电机(Flux-controllable permanent magnet motor,简称FC-PM电机),并对其不同运行工况下的转矩特性进行分析以及针对性的地进行电机优化设计。本文的主要内容包括:首先,对国内外宽调速永磁电机的发展概况以及转矩特性优化的研究现状进行总结,系统地阐述了实现宽调速的技术手段和电机转矩特性的优化方法。在此基础上,提出了一种漏磁可控的宽调速设计思路和结合多变漏磁运行工况的转矩分量分配的优化设计思路。其次,介绍FC-PM电机的整体设计流程,并基于对漏磁可控基本设计原理的深入分析对FC-PM电机进行了结构设计。考虑电机设计需求,推导并计算了FC-PM电机额定参数与极槽配比,确定了其定转子结构及初始尺寸。接着,根据FC-PM电机的典型漏磁运行工况,提出一种冻结磁导率结合虚功法的转矩分量分离方法,为实现转矩分量的优化奠定技术基础。同时,提出一种不同工况下FC-PM电机的转矩特性优化方法,其中创新性的将转矩分量合理占比作为了优化目标。并结合敏感度分析计算筛选出高敏感度的关键参数,采用多目标分层优化方法,综合权衡确定FC-PM电机的最优设计方案。随后,综合评价并比较了优化前后FC-PM电机的电磁性能,主要包括基本空载特性、漏磁可控特性、转矩特性和铁耗特性。结果表明优化后的FC-PM电机具有更好的电磁性能,证明提出的分层优化方法的有效性。最后,加工制造优化后的FC-PM电机,并进行多方面的关联实验,包含空载特性、漏磁可控特性、转矩特性、铁耗特性,验证电机设计的合理性与电机优化的有效性。

关键词：漏磁可控永磁电机多运行工况转矩特性优化分析

漏磁可控式永磁电机最大转矩电流比控制策略研究

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漏磁可控式永磁电机最大转矩电流比控制策略研究

作者：于宝鑫江苏大学

学位级别：硕士

随着人类社会的不断发展,能源危机、生态环境问题等负面效应也愈加突出。“节能减排”与“绿色高效”成为了全球关注的热点,各国政府从多角度出发,制定出促进节能减排的相关引导和支持政策以激励高效绿色技术的发展。电动汽车受到了各... 详细信息

随着人类社会的不断发展,能源危机、生态环境问题等负面效应也愈加突出。“节能减排”与“绿色高效”成为了全球关注的热点,各国政府从多角度出发,制定出促进节能减排的相关引导和支持政策以激励高效绿色技术的发展。电动汽车受到了各国政府和汽车企业的广泛关注,已经成为汽车行业绿色节能发展的主要方向之一。电机系统作为电驱动系统的核心,其性能的优劣直接决定了纯电动新能源汽车驾驶和操控性能。此外,电动汽车面临快速启停、频繁加减速、高速巡航等多种复杂工况,对电机系统提出了强带载能力、快响应、高效率以及具有宽调速运行性能等严苛的要求。近年来,内置式永磁(Interior Permanent Magnet,IPM)电机具有功率密度高、转矩密度高、效率高以及动态性能优越等优点,已经广泛应用于电动汽车领域。但在该类IPM电机中,恒定的永磁励磁磁通使得电机难以实现较宽的调速范围而保持较高的最大输出转矩。为此,漏磁可控式永磁(Flux Leakage Controllable Permanent Magnet,FLCPM)电机应运而生。该类电机通过在转子上设计可控漏磁回路,实现气隙主磁通调节,进而使得电机不仅具有高带载能力,还具有更宽的调速范围以及高速时不宜退磁等优点。然而,可变的漏磁磁通也使得该类FLCPM电机的磁链和电感参数非线性变化,对该类电机的驱动控制提出了较高的要求。本文针对FLCPM电机漏磁通可控的特点,结合最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)控制策略,提出一种等效参数自寻优的MTPA控制策略,并结合速度环自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技术,构建FLCPM电机的MTPA控制系统,旨在解决该类FLCPM电机动态参数变化导致的动态响应性能差、电流偏大等问题,提高FLCPM电机的运行效率。本文具体工作内容如下:1)针对电动汽车用驱动电机的研究背景,介绍了电动汽车用驱动电机,包含FLCPM电机的可变磁通电机的研究现状;同时对永磁电机控制策略和FCLPM电机控制策略的研究现状进行了介绍;阐述了FLCPM电机的漏磁可控特性对电机控制带来的影响,明确了本文的研究意义与研究内容。2)对FLCPM电机的拓扑结构进行了详细的分析,根据电机结构的简化磁路图来阐述电机漏磁控制原理;基于有限元分析了FLCPM电机电感、磁通等特性;在此基础上,推导了FLCPM电机的数学模型,为构建FLCPM电机的驱动控制系统奠定基础。3)构建FLCPM电机的基本矢量控制系统,基于恒定参数MTPA控制策略建立FLCPM电机仿真分析模型;为了提高FLCPM电机控制系统的动态性能,采用ADRC设计该类电机的控制系统的转速环控制器。最后,通过实验对比了转速环基于PI控制器和ADRC控制器的效果,并验证了FLCPM电机仿真和ADRC控制器的正确性和有效性。4)针对FLCPM电机漏磁变化导致的磁链参数变化和电感参数变化等问题,提出了基于等效参数自寻优的FLCPM电机MTPA控制策略,构建不同转矩区域下等效参数与定子电流的映射关系,并实时修正等效参数,从而降低了电枢电流,提高了FLCPM电机的运行效率。5)基于d SPACE1007半实物仿真平台搭建了电机系统实验平台,分别对FLCPM电机的特性以及相关控制策略进行研究分析,验证了本文所提出的控制策略的有效性。

关键词：内置式永磁电机最大转矩电流比(MTPA) 漏磁可控等效参数

基于虚拟漏磁坐标系的漏磁可控型永磁电机控制系统研究

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基于虚拟漏磁坐标系的漏磁可控型永磁电机控制系统研究

作者：李磊江苏大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其具有高功率密度、高可靠性等优势广泛应用于电动汽车的驱动系统。随着日益复杂的交通运行环境和行驶工况,电动汽车对驱动电机的调速范围和输出转矩提出了更高的要求。然而,... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其具有高功率密度、高可靠性等优势广泛应用于电动汽车的驱动系统。随着日益复杂的交通运行环境和行驶工况,电动汽车对驱动电机的调速范围和输出转矩提出了更高的要求。然而,由于永磁体磁场恒定的问题,使得传统永磁电机气隙磁场难以调节,限制了其大转矩、宽调速范围等的性能。近年来,一种新型漏磁可控型永磁(Flux Leakage Controllable Permanent Magnet,FLCPM)电机具有轻载低磁链、重载高磁链的漏磁可控特性,成为电动汽车驱动电机的潜在应用方案,引起了国内外学者的广泛关注。但是,该类电机的漏磁可控特性,往往导致电机参数如气隙磁链、电感参数等随负载的增加而发生非线性变化,在传统控制算法下存在电流响应速度慢和控制效率低等问题。因此,本文针对漏磁可控特性引起的电机气隙磁通、电感等参数变化,提出基于虚拟坐标系的漏磁可控永磁电机驱动控制系统。本文的主要工作内容包括以下方面:1)本文对包括FLCPM电机在内的宽调速电机的研究背景和研究现状进行了介绍,阐述了FLCPM电机漏磁可控特性对其驱动控制带来的问题,明确了本课题研究的意义。2)对FLCPM电机的结构拓扑进行了详细的分析,采用等效磁路法,研究了电机在不同负载下的磁路变化,推导出漏磁可控特性带来的磁链上升、电感下降的本质原理,给出了FLCPM电机的磁链、电感等特性。3)提出一种基于虚拟坐标系的建模方法,引入漏磁系数和互感系数作为运行状态系数,用以等效漏磁可控现象引起的参数变化。在传统PMSM数学模型的基础上,结合虚拟坐标系,对FLCPM电机进行数学建模,以MTPA推导过程为基础,引入参数观测器观测运行状态系数,构建FLCPM电机的最优电流控制系统。4)阐述了电流预测控制的基本原理,揭示了电流预测误差产生的机理,分析了电流预测控制在FLCPM电机应用存在的问题。结合FLCPM电机的运行特征,将其在额定负载范围内分为四个运行工况:轻载区、中载区、重载区、饱和区,并根据工况区映射不同的电机参数。5)在传统MPCC原理的基础上,提出了基于虚拟漏磁坐标系的MPCC控制,并通过电流预测误差与自适应律进行参数校正,该方法在消除预测误差的同时,能够实现电流最优控制,改善了电机动态性能。6)基于MATLAB/Simulink搭建了FLCPM电机的仿真控制系统,并以d SPACE1007半实物仿真平台建立了实验平台,分别开展FLCPM电机漏磁可控特性研究,验证所提控制策略的正确性。

关键词：漏磁可控虚拟坐标系最优电流控制电流预测

基于开绕组结构的漏磁通可控内置式永磁电机磁场调控技术研究

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中国电机工程学报 2020年第4期40卷 1290-1301,1420页

作者：王均朱孝勇徐磊全力江苏大学电气信息工程学院江苏省镇江市212013

研究一种基于开绕组结构的漏磁可控型内置式永磁(leakage flux controllable interior permanent magnet,LFC-IPM)电机。在开绕组拓扑结构下,基于漏磁控制原理,分析该类电机实现漏磁控制的基本条件,研究LFC-IPM电机的运行原理,构建转子... 详细信息

研究一种基于开绕组结构的漏磁可控型内置式永磁(leakage flux controllable interior permanent magnet,LFC-IPM)电机。在开绕组拓扑结构下,基于漏磁控制原理,分析该类电机实现漏磁控制的基本条件,研究LFC-IPM电机的运行原理,构建转子内置永磁电机漏磁可控的磁路结构。通过有限元仿真探究LFC-IPM电机的调磁特性和电磁性能。在此基础上,建立漏磁可调的电机数学模型。为提高电机调速范围和动态响应性能,提出一种考虑电机零序电流抑制的PI+RC控制策略,有效提高了电机调磁时的稳定性,抑制了磁场变化引起的零序电流幅值变化。最后,制造样机并搭建实验测试平台,进行实验研究,结果验证漏磁可控特性、PI+RC策略的有效性以及该电机系统的宽调速特性。

关键词：漏磁可控开绕组数学建模交轴电流

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漏磁可控型宽调速永磁电机的设计与分析

漏磁可控型宽调速永磁电机的设计与分析

作者：刘芳杰江苏大学

学位级别：硕士

随着全球环境的污染及能源安全形势的不断恶化,大力发展高环保、低噪声、高效节能的电动汽车已成为代替传统燃油汽车的有效手段。稀土永磁电机由于具有高功率/转矩密度、高效率、转子结构简单可靠以及永磁体不易退磁等诸多优点,已成为... 详细信息

随着全球环境的污染及能源安全形势的不断恶化,大力发展高环保、低噪声、高效节能的电动汽车已成为代替传统燃油汽车的有效手段。稀土永磁电机由于具有高功率/转矩密度、高效率、转子结构简单可靠以及永磁体不易退磁等诸多优点,已成为国内外车用驱动电机研发领域的主流类型。然而,由于永磁电机的固有特性,电机的气隙磁场基本保持恒定,存在调速范围较窄、高速弱磁区效率低等不足之处,一定程度上制约了永磁电机在电动汽车驱动电机领域的大规模应用,同时也成为延缓电动汽车快速发展的不利因素之一。为了解决上述问题,本文设计了一款新型漏磁可控型宽调速永磁(Controllable Leakage Flux Wide-Speed Permanent Magnet,简称CLF-WSPM)电机。该电机不仅可以有效拓宽电机的调速范围,而且可以解决电机在高速弱磁区效率较低的问题,实现多运行工况下的广域高效。首先,本文对宽调速电机的国内外研究现状进行分析研究,针对目前研究中存在的问题,对如何使电机具有宽调速运行范围的同时实现电机的广域高效进行了探索与研究。本文将“漏磁可控”设计方法与“宽调速电机”相融合,提出了一种漏磁通可控型宽调速永磁电机。其次,本文给出CLF-WSPM电机的总体设计方案,研究分析了电磁式漏磁可控特性的基本原理,根据理论分析并结合以往设计经验对电机进行初始设计,确定电机的主要参数。然后,对CLF-WSPM电机的定转子结构进行详细的设计,并采用单一参数优化法和多目标优化法相结合的综合优化方法对电机进行优化,来确定电机的最优设计方案。接着,运用有限元方法,对CLF-WSPM电机的一系列性能进行综合评估,并与传统V型永磁(V-type Permanent Magnet,简称V-PM)电机进行对比。其中不仅分析研究了两台电机的磁场分布、空载反电势与气隙磁密、磁链变化特性、转矩性能以及电感特性等基本电磁性能,还对电机的调速特性及效率运行特性进行了研究。通过对比分析,验证了本文漏磁可控型宽调速永磁电机设计与优化的可行性。最后,加工了原理样机,对CLF-WSPM样机进行相关的实验测试研究,实验测试内容包括空载反电势、电机稳态运行特性以及变工况运行特性,实验结果进一步验证了本文电机设计优化的可行性与仿真分析计算的有效性。

关键词：漏磁可控永磁电机宽调速设计分析广域高效

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V型漏磁可控内嵌式永磁电机的设计与研究

V型漏磁可控内嵌式永磁电机的设计与研究

作者：葛凌昱进江苏大学

学位级别：硕士

近年来,随着环境污染和能源危机等问题日益严峻,各国政府与各地学者在清洁环保的电动汽车成为未来汽车行业发展主旋律上达成共识。永磁电机凭借其高功率/转矩密度、高运行效率及良好的动态性能等优势在电动汽车驱动上获得了广泛应用。然... 详细信息

近年来,随着环境污染和能源危机等问题日益严峻,各国政府与各地学者在清洁环保的电动汽车成为未来汽车行业发展主旋律上达成共识。永磁电机凭借其高功率/转矩密度、高运行效率及良好的动态性能等优势在电动汽车驱动上获得了广泛应用。然而,由于该类电机自身存在的气隙磁场恒定、弱磁调速范围窄等固有缺陷,逐渐不能完全满足新一代电动汽车的综合驱动需求。在这样的研究背景下,本文提出了一种具有广域高效优势的漏磁可控型内嵌式永磁(Leakage Flux Controllable Interior Permanent Magnet,简称LFC-IPM)电机。该电机在传统IPM电机的基础上,通过巧妙的结构设计,使其获得漏磁通可控的性能特点,从而有效拓宽电机的弱磁调速范围,并且实现电机高效率运行区域的有效扩增。本文首先介绍了发展电动汽车技术的重要性,分析了多种不同类型的宽调速电机的研究现状。考虑到传统电机的局限性,研究与分析了如何实现电机的恒功率宽调速运行。在此基础上引入一种全新的设计理念——漏磁可控,提出LFC-IPM电机的拓扑结构。其次,吸取传统电机的设计经验提出了新型LFC-IPM电机的设计方案,在选定极槽配比与额定参数之后,通过电机设计的一般公式,确定电机的主要尺寸,完成电机的初始设计。接着,在初始设计的基础上,结合漏磁可控原理,提出了新型LFC-IPM电机的定子和转子结构,并计算出定子齿和永磁体的主要尺寸。通过分析电机的主要优化目标和设计变量,提出了一种将单参扫描法和响应面分析法相结合的分层优化法。在单参扫描法中,对永磁体的尺寸关于输出转矩、转矩脉动以及铁耗三个优化目标进行了分析,确定其最优参数。在响应面分析法中,对转子磁障的尺寸关于输出转矩、转矩脉动、铁耗以及功率因数四个优化目标进行了分析,综合选取最优尺寸,从而确定电机的最终模型。然后,通过有限元分析比较了LFC-IPM电机与传统电机的基本电磁性能,包括气隙磁密、永磁磁链与反电动势、磁场分布、转矩特性、齿槽转矩特性以及漏磁可控特性。此外,为了凸显所设计电机的优势,对电机在弱磁调速范围内的运行特性、效率特性以及多工况运行特性进行了比较和分析。最后,根据设计完成的最终模型,对LFC-IPM电机进行了样机的加工制造,并进行了相关性能的测试与验证。测试内容包括:电机空载反电动势波形、漏磁可控特性验证以及LFC-IPM电机在不同工况条件下的转矩波形,结果验证了LFC-IPM电机设计的合理性。

关键词：漏磁可控永磁电机设计与优化电磁性能广域高效