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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

基于敏感度分层优化的Halbach永磁电机电磁振动分析

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哈尔滨工业大学学报 2024年第7期56卷 142-153页

作者：高建宁高锋阳姚普宋志翔杨凯文高翾宇徐昊兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070 西北工业大学自动化学院西安710072

为解决内置式永磁同步电机径向电磁力引起的电磁振动问题,提出一种分段永磁体采用Halbach充磁方式同时转子开设辅助槽的电机拓扑结构。首先,对电机气隙磁密、径向电磁力、电磁振动原理进行推导与分析,并建立有限元模型。其次,提出基于... 详细信息

为解决内置式永磁同步电机径向电磁力引起的电磁振动问题,提出一种分段永磁体采用Halbach充磁方式同时转子开设辅助槽的电机拓扑结构。首先,对电机气隙磁密、径向电磁力、电磁振动原理进行推导与分析,并建立有限元模型。其次,提出基于电磁场和机械场耦合的电磁振动分析方案,对电机径向电磁力进行时间空间阶次傅里叶分解,在机械场中,分析电机定子在不同频率下的振动加速度幅值大小,并计算出定子各阶模态。在此基础上,基于响应面法和多目标遗传算法构建电机参数敏感度分层优化方案,并求得样本点帕累托前沿从而确定电机最优参数,将优化后的电机与普通V型内置式电机进行比较。最后,在机械场中仿真得到转子所受等效应力和总变形,验证得所提电机结构符合机械设计要求。分析结果表明:所提出结构电机在不损失电磁转矩的基础上,径向电磁力幅值大幅度降低,抑制了齿槽转矩,改善了气隙磁密和反电势的正弦度,在提高电机电磁性能的同时抑制了电磁振动的发生。

关键词：内置式永磁同步电机 Halbach永磁体径向电磁力定子模态参数敏感度响应面法

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结合数据驱动与物理模型的主动配电网双时间尺度电压协调优化控制

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电工技术学报 2024年第5期39卷 1327-1339页

作者：张剑崔明建何怡刚合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 武汉大学电气与自动化学院武汉430072

高比例电动汽车、分布式风电、光伏接入配电网,导致电压频繁地剧烈波动。传统调压设备与逆变器动作速度差异巨大,如何协调是难点问题。该文结合数据驱动与物理建模方法,提出一种配电网双时间尺度电压协调优化控制策略。针对短时间尺度(... 详细信息

高比例电动汽车、分布式风电、光伏接入配电网,导致电压频繁地剧烈波动。传统调压设备与逆变器动作速度差异巨大,如何协调是难点问题。该文结合数据驱动与物理建模方法,提出一种配电网双时间尺度电压协调优化控制策略。针对短时间尺度(min级)电压波动,以静止无功补偿器、分布式电源无功功率为决策变量,以电压二次方偏差最小为目标函数,针对平衡与不平衡配电网,基于支路潮流方程,计及物理约束构建了二次规划模型。针对长时间尺度(h级)电压波动,以电压调节器匝比、可投切电容电抗器挡位、储能系统充放电功率为动作,当前时段配电网节点功率为状态,节点电压二次方偏差为代价,构建了马尔可夫决策过程。为克服连续-离散动作空间维数灾,提出了一种基于松弛-预报-校正的深度确定性策略梯度强化学习求解算法。最后,采用IEEE 33节点平衡与123节点不平衡配电网验证了所提出方法的有效性。

关键词：智能配电网电压控制深度强化学习二次规划双时间尺度

输入死区和全状态约束下不确定非线性系统的快速稳定事件触发控制

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控制与决策 2024年第2期39卷 490-498页

作者：王建晖杜泳萍邹涛刘治岳夏广州大学机械与电气工程学院广州510006 广东工业大学自动化学院广州510006

在实际工业系统中普遍存在输入死区、全状态约束等不可忽视的问题,其对系统的性能造成较大的影响,甚至可能会导致系统不稳定.为了克服上述问题,针对一类不确定非线性系统,提出一种快速收敛的自适应神经网络事件触发控制方法.首先,将障碍... 详细信息

在实际工业系统中普遍存在输入死区、全状态约束等不可忽视的问题,其对系统的性能造成较大的影响,甚至可能会导致系统不稳定.为了克服上述问题,针对一类不确定非线性系统,提出一种快速收敛的自适应神经网络事件触发控制方法.首先,将障碍Lyapunov函数引入到反步控制框架中,采用径向基函数神经网络逼近未知非线性函数,同时设计自适应事件触发机制对输入死区进行动态补偿,通过减少控制信号的更新频率来减轻系统的通信负担,并保证系统所有状态不违反预定义的约束区间.在此基础上,引入快速有限时间稳定理论,在有限时间内能够保证闭环系统所有信号的有界性以及跟踪误差快速收敛到有界的紧集内.最后,通过两个仿真算例验证所提出控制方法的有效性.

关键词：快速有限时间稳定输入死区全状态约束事件触发机制障碍Lyapunov函数非线性系统

在线数据记录和扰动观测器相结合的柔性机械臂复合学习控制

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控制理论与应用 2024年第8期41卷 1417-1426页

作者：钱伟徐海钦王霞许斌河南理工大学电气工程与自动化学院河南焦作454000 西北工业大学自动化学院陕西西安710072

本文针对多输入多输出的柔性机械臂动力学模型,提出了一种基于神经网络估计和扰动观测器的复合学习控制策略.首先,通过奇异摄动分析将系统解耦为快慢子系统.然后,针对慢变刚性子系统的动力学模型,基于在线数据记录模型构造新型预测误差... 详细信息

本文针对多输入多输出的柔性机械臂动力学模型,提出了一种基于神经网络估计和扰动观测器的复合学习控制策略.首先,通过奇异摄动分析将系统解耦为快慢子系统.然后,针对慢变刚性子系统的动力学模型,基于在线数据记录模型构造新型预测误差,结合跟踪误差设计自适应控制律;针对快变柔性子系统采用滑模控制抑制弹性振动.在此基础上,构建了扰动观测器实时估计复合扰动信号,并纳入在线数据记录模型作为前馈补偿.最后,基于Lyapunov稳定性分析可证系统误差信号一致终值有界,仿真算例验证了所提策略的有效性和优越性.

关键词：柔性机械臂在线数据记录扰动观测器复合学习控制

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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