当期目录

2021年 第34卷 第10期 刊出日期：2021-10-15

  

四极单相串激电机运行特性和换向性能分析

上官璇峰,刘永健,杨婷玉,卫劲松

2021, 34(10):  1-7.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.001

摘要 ( 573 )   HTML ( 1238 )   PDF (1437KB) ( 170 )  

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针对串激电机原材料成本不断上升的状况,文中基于一款电镐电机,提出了一种新型四极单相串激电机。该电机的电枢绕组端部短,电刷数较少,且定子辅助磁极无需励磁绕组,可有效减少串激电机的材料用量。通过对传统两极串激电机结构的改进,初步确定新型四极串激电机的结构参数,并利用Maxwell软件建立电机二维有限元模型。对新型串激电机的气隙磁密、起动过程、运行特性和径向力进行仿真分析,结果表明四极串激电机的机械特性较软。对不同定转子匝比、不同气隙长度以及逆转向偏移电刷对改善换向火花的影响进行了理论分析,为电机进一步优化提供了参考。

表贴式永磁同步电机中高速无位置传感器控制技术比较研究

崔波,方玲利,蒋全,毕超

2021, 34(10):  8-10.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.002

摘要 ( 659 )   HTML ( 15 )   PDF (2537KB) ( 110 )  

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针对永磁同步电机高速运行模式下无位置传感器技术,文中研究了滑模观测器、龙伯格观测器、模型参考自适应系统3种无感估算算法。滑模观测器算法稳定性较好,但是由于系统不连续开关量的存在,不利于提取有效反电势。通过加入滤波器,能有效提取反电动势。龙伯格算法简单,但是反电动势耦合会导致一些干扰信号。为了工程实现,需要加入锁相环,使得估算更加准确。模型参考自适应系统相对复杂,故基于波波夫稳定性理论设计了反馈自适应律。文中对3种无感观测器算法进行了仿真分析,结果显示,滑模观测器算法鲁棒性最好,对比龙伯格算法,参数更少且利于工程实现;模型参考自适应观测器的自适应律设计复杂,由于需要两套模型进行计算,对控制器性能要求高且不利于工程实现。

笼型转子端环断裂引发电机各场量变化情况的分析

王新掌,郭强,许孝卓

2021, 34(10):  18-26.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.003

摘要 ( 372 )   HTML ( 8 )   PDF (4253KB) ( 47 )  

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针对型异步电动机鼠笼转子导条断裂和端环断裂故障问题,文中采用有限元方法,以一台Y160L-6型异步电机为例分别建立了正常电机、铝条断裂和端环断裂电机的有限元模型,进行了瞬态磁场计算,分析了电机定转子电流变化情况和气隙磁密的变化情况。以电磁场计算的损耗结果为基础,计算了电机的三维稳态温度场分布,发现不同故障会造成电机温分布不同程度升高。以温度场计算结果为载荷计算转子应力分布,不同故障会造成转子热应力分布不同程度升高,铝条断裂和端环断裂故障对铝条和端环连接处的应力造成较大改变。

模块化并联均流单相逆变器设计

李林,谢明,黄松

2021, 34(10):  27-31.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.004

摘要 ( 685 )   HTML ( 37 )   PDF (960KB) ( 168 )  

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随着电能使用的快速增长,针对新能源并网和电机驱动等领域面临的大功率逆变器设计及维修不灵活的问题,文中提出了一种模块化逆变器的设计方案。为使逆变器并联可以相位同步运行以及电流均分,利用STM32F407处理器对模块化的逆变器进行驱动及通信控制同步调节。为快速传递相位信息,文中采用模拟信号进行通信的方案,使多个逆变器的电压幅值和相位可以快递同步,实现灵活并联的功能,满足不同功率等级场合的需求。最后通过仿真和实际的样机测试证明了该方案的可行性,并通过优化控制算法得到了较好的稳态性能。

永磁同步电机失磁故障电磁仿真分析

陈胜利,王新掌,许孝卓

2021, 34(10):  32-37.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.005

摘要 ( 755 )   HTML ( 9 )   PDF (2010KB) ( 114 )  

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针对永磁同步电机永磁体失磁问题,文中采用有限元分析方法,建立3 kW小型永磁同步电机的Ansoft Maxwell有限元分析模型。采用等比例减少永磁材料矫顽力和剩余磁感应强度的方法来模拟永磁体退磁故障,建立了不同失磁程度下的电机有限元模型。结果表明,当永磁同步电机发生50%失磁故障时,空载以及负载时的气隙磁密都不同程度减小,空载气隙磁场衰减53.0%,负载衰减19.8%。此外,感应电势成线性减小,电流非线性增大,感应电势的基波和谐波分量都不同程度的减小。电机输出转矩随着失磁程度增大而减小,且失磁程度达到50%时,永磁电机已经开始不能达到额定转矩输出状态。文中结果可作为失磁故障诊断提供参考依据。

细分驱动对三相混合式步进电机牵出转矩的影响

姚凯伦,毕超

2021, 34(10):  38-44.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.006

摘要 ( 434 )   HTML ( 5 )   PDF (2046KB) ( 36 )  

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细分驱动的三相混合式步进电机的应用能够实现高控制精度,也能影响步进电机牵出转矩。在实际应用中,步进电机的牵出转矩很难测量,这影响了对牵出转矩的深入研究。为进一步了解驱动模式与牵出转矩的关系,文中建立了三相混合式步进电机的仿真模型,在空载情况下,增加细分数,观察电机转速波动情况。然后,通过不断增加电机的输入负载,分别在电机转速不变、细分数改变以及细分数不变但转速改变的情况下,测量及观察三相混合式步进电机牵出转矩的变化。同时,设置相同的仿真参数,比较三相和二相混合式步进电机的牵出转矩。最后,通过测量不同细分数下实体电机的空载转速和电流波形,证明细分驱动模式可以提高混合式步进电机的牵出转矩。

基于混合调制的模块化多电平换流器环流抑制策略

孙悦,曾国辉,黄勃

2021, 34(10):  45-50.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.007

摘要 ( 202 )   HTML ( 5 )   PDF (1178KB) ( 49 )  

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为了抑制MMC运行时,由于各相上、下桥臂电压之和不完全相等而产生的二倍频环流,文中提出了一种采用自适应陷波器与准比例谐振控制器相结合的环流抑制策略。该策略借助自适应陷波器来提取二倍频环流分量,并通过准比例谐振控制器实现对此分量的无静差跟踪,从而得到需要的补偿电压。该策略结合混合调制方法使二倍频环流下降了约65%,改善了桥臂电流的畸变程度,并提高了MMC的输出波形质量。仿真结果验证了所提方案的有效性和可行性。

基于神经网络PID算法的四旋翼无人机优化控制

郭婕,金海,沈昕格

2021, 34(10):  51-55.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.008

摘要 ( 1124 )   HTML ( 48 )   PDF (713KB) ( 217 )  

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针对四旋翼无人机系统的时变性、非线性等问题,文中提出了一种基于神经网络PID的无人机姿态控制算法。该算法具有PID算法的强自适应能力和神经网络的强抗干扰能力。在建立四旋翼无人机刚体运动学模型和动力学模型基础上,搭建了四旋翼无人机MATLAB-Simulink姿态仿真控制模型,对比了神经网络PID控制算法与传统PID、串级PID控制算法对无人机3个姿态角的控制效果。结果表明,相比其他两种控制算法,神经网络PID控制算法调节过渡时间从4 s降到1 s,输出稳定后的系统静态误差只有0.5%,说明该控制算法控制精度高,具有更好的静态特性和动态特性。

四旋翼无人机姿态控制传感器故障的区间估计

杨雨薇,宋芳,章伟

2021, 34(10):  56-62.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.009

摘要 ( 240 )   HTML ( 6 )   PDF (833KB) ( 29 )  

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针对四旋翼无人机姿态控制系统传感器发生故障的问题,文中采用多胞体原理进行区间估计,利用泰勒展开对无人机非线性系统进行线性化处理,并通过视传感器故障为增广状态的方法将原始系统转换为等效的广义系统。H_∞技术设计鲁棒增广状态观测器,通过求解线性矩阵不等式得到四旋翼无人机姿态控制系统传感器的故障估计。基于中心对称多胞体原理对估计结果进行分析,得到传感器故障的区间估计和算法设计。基于MATLAB仿真平台,以四旋翼无人机姿态控制传感器故障系统为分析对象,验证了文中所提出区间估计方法的可行性与有效性。

改进粒子群算法求解分布式柔性车间调度问题

陈强,王宇嘉,林炜星,陈万芬

2021, 34(10):  63-68.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.010

摘要 ( 356 )   HTML ( 7 )   PDF (751KB) ( 62 )  

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文中提出一种改进粒子群算法来求解复杂的分布式柔性车间调度问题。针对该问题的特点,提出了一种2层粒子的编码与解码方式,使粒子群算法能够有效地解决该离散型优化问题。此外,采用改进的拥挤距离策略从众多非支配解中筛选出高质量的候选解。在迭代过程中,采用任务分配策略来平衡粒子的勘探与开采。最终在2工厂和3工厂生产模式下,通过总计20组分布式柔性车间测试算例验证了所提算法的性能。实验结果表明,该方法能够有效地解决分布式柔性车间调度问题,并可在其中的11组算例中得到较好的调度方案。

基于SVM与区域生长的彩色商品标签图像分割方法

巨志勇,翟春宇,张文馨

2021, 34(10):  69-74.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.011

摘要 ( 282 )   HTML ( 3 )   PDF (1677KB) ( 63 )  

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传统区域生长的噪声和灰度不均可能会导致空洞和过分割,严重影响图像分割效果。针对此问题,文中提出了一种 SVM与区域生长相结合的彩色标签图像分割算法。该算法将标签部分和商品部分的颜色信息和纹理等特征作为SVM的正负样本,既有效提高了效率,又提高了图像分割的精度。在提取正负样本时,利用改进区域生长算法分割出特征区域并提取特征。理论分析和实验结果表明,所提出的算法具有更正错误检测信息机制,提高了分割效率,较好地防止了传统区域增长算法分割时的过分割现象,并具有良好的鲁棒性,为后期拓展奠定了基础。

基于STM32F417IGT6的苹果灾害智能防护系统设计

李蓓茹,杨延宁,王凯,张健鹏,邹彬

2021, 34(10):  75-80.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.012

摘要 ( 289 )   HTML ( 12 )   PDF (858KB) ( 42 )  

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为避免霜冻和冰雹天气对山地苹果生长的不利影响,文中设计了一种基于STM32F417IGT6的智能灾害防护系统。采用软硬件结合的方法,以STM32F417IGT6单片机为主控芯片,通过DHT11数字温湿度传感器获取天气信息。该系统以ESP8266进行无线通信,分别对霜冻、冰雹天气设计相应的防护措施,使得用户可以在霜冻、冰雹天气来临前及时采取应对措施,提高苹果产量。样机的实地测试和实验数据表明,系统可以提前20 min对用户发出预警,并在2 min内完全启动防护装置,具有成本低、响应速度快、防护功能强的特点,有较高的应用推广价值。

二维铁电材料的第一性原理研究进展

吴春香,仲崇贵

2021, 34(10):  81-86.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.10.013

摘要 ( 595 )   HTML ( 11 )   PDF (755KB) ( 136 )  

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由于二维铁电体固有的尺寸和表面效应,其铁电性能与传统的块状铁电体有较大的不同。到目前为止,二维铁电体已被报道具有多种性质,包括体光电效应、压电/热释电效应、谷极化和自旋极化。这些性质或依赖于铁电极化,或与之耦合以便于电学控制,从而使二维铁电体适用于多功能纳米器件。目前,二维铁电体在理论、实验和应用方面的研究正在不断积累。文中简要介绍了采用第一性原理研究二维铁电材料的理论和方法,并分别总结了二维铁电性的本征与非本征起源,最后讨论了二维铁电体存在的问题及发展前景。