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复杂工况下的永磁同步电机典型绕组故障在线诊断

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电工技术学报 2024年第6期39卷 1764-1776页

作者：刘蔚李万铨王明峤郑萍赵志衡哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

绕组故障作为永磁同步电机常见的故障之一,严重影响电机正常运行。但由于电机运行工况复杂,故障特征波动严重,基于故障特征的诊断精度较低。为提高复杂工况下绕组故障的诊断精度,该文提出一种复杂工况下基于控制器信号的在线诊断方法。... 详细信息

绕组故障作为永磁同步电机常见的故障之一,严重影响电机正常运行。但由于电机运行工况复杂,故障特征波动严重,基于故障特征的诊断精度较低。为提高复杂工况下绕组故障的诊断精度,该文提出一种复杂工况下基于控制器信号的在线诊断方法。首先,对典型绕组故障进行故障机理分析,并通过基于自适应随机窗的快速傅里叶变换(FFT),提取控制器信号的相应故障特征;其次,通过研究单一工况和复杂工况下的各故障特征分布,揭示部分故障特征会在低转速工况下失效;再次,定义了复杂工况下故障特征性能指标,用于筛选故障特征;最后,在人工神经网络的基础上,提出了深度优化人工神经网络,引入批量归一化(BN)算法,并对深度网络结构残差化,提高网络泛化能力和诊断准确性。实验结果表明,通过计算故障特征性能指标,能够在诊断前对故障特征进行有效筛选,且深度优化人工神经网络的诊断准确性高、泛化能力强,在复杂工况下能够实现电机典型绕组故障的精确在线诊断。

关键词：永磁同步电机绕组故障在线故障诊断特征提取深度优化人工神经网络

基于扩张状态观测器的并联直流变换器增强控制策略

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电机与控制学报 2024年第6期28卷 1-12页

作者：段鸣航段建东王露霄孙力哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江哈尔滨150001

为进一步改善并联直流变换器在多种内外部扰动下的动态性能,提出一种基于双闭环扩张状态观测器(ESO)的增强控制策略。该策略将比例调节器与ESO相结合,然后分别应用于公共电压外环和各个电流内环,实现各功率单元的动态均流,也强化对输入... 详细信息

为进一步改善并联直流变换器在多种内外部扰动下的动态性能,提出一种基于双闭环扩张状态观测器(ESO)的增强控制策略。该策略将比例调节器与ESO相结合,然后分别应用于公共电压外环和各个电流内环,实现各功率单元的动态均流,也强化对输入电压扰动的抑制能力,且无需额外传感器。首先,根据并联变换器的状态方程,推导内环电流ESO控制的表达式。然后,根据电流闭环极点的分布情况,从理论上分析ESO型电流内环在输入电压扰动抑制方面强于比例积分型电流内环的原因。此外,借助伯德图,给出ESO型电流内环对电感失配的鲁棒性更强并能有效消除动态电流偏差的理论依据。最后,使用三相buck变换器进行不同方案的对比验证,实验结果证明了所提策略在改进动态性能方面的有效性和先进性。

关键词：并联直流变换器扩张状态观测器双闭环控制参数鲁棒性扰动抑制动态均流

基于渐开线轮廓凸轮的杠杆式偏角解耦变刚度关节设计

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机器人 2024年第5期46卷 524-533页

作者：唐贵阳杨晓钧李兵汪大愚哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院广东深圳518000

针对当前的杠杆式变刚度关节存在的刚度与偏角耦合的缺点,提出一种变刚度关节设计方案。首先,提出了可调支点杠杆机构的结构方案。通过静力学模型分析得出关节刚度与偏角无关。进而,设计了调整杠杆机构支点位置的渐开线凸轮机构,使得凸... 详细信息

针对当前的杠杆式变刚度关节存在的刚度与偏角耦合的缺点,提出一种变刚度关节设计方案。首先,提出了可调支点杠杆机构的结构方案。通过静力学模型分析得出关节刚度与偏角无关。进而,设计了调整杠杆机构支点位置的渐开线凸轮机构,使得凸轮转角与支点位置成线性关系,降低了关节刚度调节的难度。最后,设计并制作了变刚度关节的原理样机,分别进行了样机关节刚度特性以及刚度与偏角关系的仿真与实验,验证了变刚度原理的可行性以及刚度与偏角的解耦性。

关键词：变刚度关节渐开线轮廓凸轮杠杆原理偏角解耦

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超构透明吸波体的研究前沿与展望

中国科学：技术科学 2024年第6期54卷 1021-1035页

作者：宋梓诚闵萍萍张锐聪贺乔柏杨磊王天宇韩杰才朱嘉琦哈尔滨工业大学航天学院复合材料与结构研究所哈尔滨150080 哈尔滨工业大学郑州研究院郑州450018 哈尔滨工业大学分析测试中心哈尔滨150080 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150080

吸波材料在电磁隐身技术中发挥着至关重要的作用.与非透明材料相比,透明材料实现电磁吸收面临更复杂和独特的挑战.经典透明吸波体在光学透过率、厚度、电磁吸收带宽、倾角与极化稳定性等多项指标存在难以调和的矛盾.随超构材料应用于透... 详细信息

吸波材料在电磁隐身技术中发挥着至关重要的作用.与非透明材料相比,透明材料实现电磁吸收面临更复杂和独特的挑战.经典透明吸波体在光学透过率、厚度、电磁吸收带宽、倾角与极化稳定性等多项指标存在难以调和的矛盾.随超构材料应用于透明吸波体,上述核心性能指标得到显著改善,从而促进了其在电磁隐身领域的实际应用.本文针对超构透明吸波体研究工作进行了综述,首先介绍了透明吸波体的光学透明与电磁隐身原理,并对经典透明吸波体工作原理与局限进行分析与总结.随后对超构材料改善透明吸波体在宽带电磁吸收、倾角与极化稳定性经典性能的研究进展与设计方法进行了总结.为预示未来发展方向,本文详细阐述了近年来透明吸波体在混合机制设计、多光谱设计、动态可调性能的技术原理与研究前沿,并展望了新兴方向为透明吸波体带来的多机制、多功能、智能化的发展机遇.

关键词：透明吸波体电磁隐身宽带雷达散射截面积漫反射吸波体

基于最优传输理论的深度半监督学习伪标签生成算法

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软件学报 2024年

作者：翟德明沈斯娴周雄江俊君刘贤明季向阳清华大学自动化系哈尔滨工业大学计算学部

目前,深度学习广泛应用于各个领域并取得了优异的表现,这通常需要大量标注数据的支持,而大量标注数据的获取往往意味着高昂的成本与苛刻的应用条件.因此,随着深度学习的发展,如何在实际场景下突破数据限制,成为目前重要的研究目标,而半... 详细信息

目前,深度学习广泛应用于各个领域并取得了优异的表现,这通常需要大量标注数据的支持,而大量标注数据的获取往往意味着高昂的成本与苛刻的应用条件.因此,随着深度学习的发展,如何在实际场景下突破数据限制,成为目前重要的研究目标,而半监督学习正是其中一大研究方向.半监督学习通过利用大量的未标记数据辅助少量的标记数据进行学习,很好地减轻了深度学习的数据需求压力.伪标签生成方法是当前半监督学习的重要组成部分,所生成的伪标签质量的优劣会很大程度影响半监督学习的最终效果.聚焦半监督学习中的伪标签生成问题,提出基于最优传输理论的伪标签生成方法.所提方法在将有标签信息作为生成过程引导的同时引入类别均衡约束,在此基础上将半监督学习的伪标签生成过程转换成最优传输优化问题,给出新的求解伪标签生成问题的形式.为求解该优化问题,引入Sinkhorn-Knopp算法进行近似快速求解,避免不可计算问题.所提伪标签生成方法作为半监督学习中的独立过程可结合当前一致性正则等半监督学习技巧构成完整的半监督学习过程.最终,在CIFAR-10、SVHN、MNIST、FashionMNIST这4大公共经典图像分类数据集上进行实验,验证方法的有效性.实验结果显示,所提方法与当前先进的半监督学习方法相比,均取得更优异的结果,尤其是在标签情况较少的情况下提升显著.

关键词：半监督学习伪标签生成最优传输图像分类深度学习

基于电流源型逆变器驱动的五相永磁同步电机控制策略研究

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中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2843-2852,I0027页

作者：杨士杰郑萍佟诚德隋义王明峤哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

在现代电机驱动系统中,采用电流源型逆变器控制方案可有效提升系统可靠性,降低电机电流谐波含量,并提升电磁兼容性能。电流源型逆变器拓扑采用电感元件作为母线储能装置,对于功率回路中的短路故障具有较强的抵抗能力。同时,逆变器输出... 详细信息

在现代电机驱动系统中,采用电流源型逆变器控制方案可有效提升系统可靠性,降低电机电流谐波含量,并提升电磁兼容性能。电流源型逆变器拓扑采用电感元件作为母线储能装置,对于功率回路中的短路故障具有较强的抵抗能力。同时,逆变器输出侧并联滤波电容网络,实现对高频谐波的旁路作用。该文对五相电流源型驱动系统控制策略进行研究,采用五相半桥型逆变器拓扑结构,电机绕组采用星型连接方式以限制零序电流,给出基波与谐波电流矢量空间分布特征,提出双平面矢量脉宽调制策略,有效抑制3次谐波电流。考虑到逆变器输出侧CL型负载可能引起的谐振问题,采用基于电机电流的有源阻尼策略,降低谐振电流分量,提升系统稳定性。最后,通过实验验证所提控制策略的有效性。

关键词：五相永磁同步电机驱动电流源型逆变器电流型空间矢量调制 CL谐振有源阻尼

基于钳位方式切换的Vienna整流器载波断续脉冲宽度调制策略

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中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3202-3212,I0022页

作者：张志坚张国强李斌兴王奇维丁大尉王高林徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了... 详细信息

当Vienna整流器工作在直流电压不平衡条件下时,传统载波断续脉宽调制(carried-based discontinuous pulse-width modulation,CB-DPWM)会增加输入电流谐波和中点电压波动。为解决上述问题,提出一种基于钳位方式切换的CB-DPWM策略。为了减小输入电流谐波,根据变化的电压矢量对子区域和零序分量进行重新划分和计算。据此,建立统一的CB-DPWM调制波,分析可运行区域,得到直流电压不平衡度和可运行区域成反比的结论。结合中点电流分析不同钳位方式对中点电压大小的影响,并根据直流电压不平衡度的大小实时切换钳位方式,从而有效地减小中点电压波动。通过钳位区域判断和优化开关序列,减少切换钳位方式引入的开关动作,提高了Vienna整流器效率。最后,在Vienna整流器实验平台上验证所提策略的有效性。

关键词： Vienna整流器直流电压不平衡电流谐波中点电压波动载波断续脉宽调制开关序列优化

基于二阶变增益滑模的感应电机电压模型磁链观测器

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中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4490-4500,I0027页

作者：王天擎王勃于泳徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

针对无速度传感器感应电机驱动系统,基于二阶滑模的电压模型磁链观测器可以有效提升传统开环电压模型观测器的转速估计鲁棒性。然而,现有二阶滑模电压模型观测器仍然存在以下2个问题:1)滑模观测器常数增益与可变稳定性条件间的不匹配问... 详细信息

针对无速度传感器感应电机驱动系统,基于二阶滑模的电压模型磁链观测器可以有效提升传统开环电压模型观测器的转速估计鲁棒性。然而,现有二阶滑模电压模型观测器仍然存在以下2个问题:1)滑模观测器常数增益与可变稳定性条件间的不匹配问题;2)由于存在直流偏置,需要采用非理想积分器来估计转子磁链。针对这2个问题,该文提出相应解决方案:1)改进二阶滑模观测器结构,并根据稳定性条件设计可变增益,以同时实现宽调速范围内的观测器稳定性与抖振抑制;2)根据滑模观测器的输出,设计一种带直流偏置补偿的积分器,以提升磁链估计精确度。最后,在3.7 kW的感应电机实验装置上进行对比实验,证明所提方法有效性。

关键词：感应电机无速度传感器控制电压模型观测器滑模观测器直流偏置补偿

基于平滑GMS模型和改进扩张状态观测器的复合摩擦补偿

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1999-2008,I0028页

作者：赵天一贵献国乔岳徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院黑龙江省哈尔滨市150001

摩擦力是影响直线伺服系统低速运行与点对点定位精度的主要非线性扰动。广义麦克斯韦(generalized Maxwellslip,GMS)摩擦模型虽然可以准确描述摩擦特性用于前馈补偿,但其存在切换点过渡时振荡的问题,同时易受测量噪声和摩擦参数变化等... 详细信息

摩擦力是影响直线伺服系统低速运行与点对点定位精度的主要非线性扰动。广义麦克斯韦(generalized Maxwellslip,GMS)摩擦模型虽然可以准确描述摩擦特性用于前馈补偿,但其存在切换点过渡时振荡的问题,同时易受测量噪声和摩擦参数变化等影响。为此,该文提出基于平滑GMS模型和改进扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的复合摩擦补偿策略。首先,引入过渡用双曲正切函数以解决GMS模型中在切换点的反复穿越问题,并给出该模型的离线辨识方法。其次,设计基于模型信息的四阶ESO补偿剩余摩擦力与未知扰动,并引入切比雪夫滤波器整定观测器增益,以降低扰动观测与噪声敏感之间的冲突。为验证所提摩擦补偿策略的有效性,在小型高精度永磁同步直线电机定位平台上进行定位实验。实验结果验证了所提摩擦补偿策略的可行性和有效性。

关键词：永磁同步直线电机摩擦补偿广义麦克斯韦模型过渡函数扩张状态观测器