《电工技术学报》高转矩性能电机及其系统领域最新优文推荐｜2024年8月4日
《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。
作者：孙玉华, 赵文祥, 吉敬华, 曾煜, 凌志健
摘要：多相组永磁电机具有转矩密度高、转矩脉动小、容错能力强的优点,在航空航天、舰船推进等高转矩性能应用场合得到广泛的关注。首先,该文探讨多相组永磁电机的绕组拓扑特点,分析其转矩性能提升机理,归纳转矩性能最优的相移角设计规律。其次,总结了近年来国内外学者在多相组永磁电机领域已开展的工作,重点围绕槽极配比、拓扑结构、相组间联结方式等关键技术进行介绍。然后,基于电流谐波注入和永磁体谐波注削技术,进一步阐述了提高多相组永磁电机转矩性能的方法。针对多相组永磁电机高可靠设计技术,从短路电流抑制、相间独立性提高、绕组余度提升的层面进行了整理和归纳。最后,对高转矩性能多相组永磁电机进行总结与展望。
引用本文：孙玉华, 赵文祥, 吉敬华, 曾煜, 凌志健.高转矩性能多相组永磁电机及其关键技术综述[J].电工技术学报, 2023, 38(6): 1403-1420. 孙玉华, 赵文祥, 季静华, 曾宇, 凌志坚.多星多相高扭矩性能永磁电机概述及其关键技术。电工技术学报, 2023, 38(6): 1403-1420.
作者：李世奇, 佟文明, 贾建国, 唐任远
摘要：该文提出一种将子域法及等效磁路法相结合的新型解析模型,可在计及磁桥饱和的情况下,计算具有任意极槽配合的V型/U型/一字型内置式永磁电机的空载电磁性能。建模时首先根据转子结构将永磁体进行等效,以便于各子域的建立;为了考虑转子磁桥处的饱和,采用等效磁路法来计算磁桥处的磁导率,以便于相应子域边界条件方程的建立。电机无槽时的空载气隙磁通密度分布可以通过求解各子域交界面处边界条件方程组得到,然后通过保角映射的方法可考虑定子开槽的影响。该文所提模型可用于计算内置电机的空载气隙磁通密度分布、反电动势及齿槽转矩。将模型计算结果与实验测试及有限元计算结果进行对比,验证了所提出模型的有效性。与有限元法相比,该文所提模型具有建模速度快、耗时短,同时可达到近似精度的优点,这为相关电机的初始设计及优化带来了方便。
引用本文：李世奇, 佟文明, 贾建国, 唐任远.考虑磁桥非线性的内置式永磁同步电机空载电磁性能通用解析模型[J].电工技术学报, 2023, 38(6): 1421-1432. 李诗琦, 佟文明, 贾建国, 唐仁元.考虑磁桥非线性的内部永磁同步电机空载电磁性能通用解析模型.电工技术学报, 2023, 38(6): 1421-1432.
作者：刘蓉晖, 刘锦坤, 章君达, 孙改平
摘要：精确计算气隙磁场是设计和分析永磁电机的关键。Halbach阵列永磁电机具有良好的转矩输出特性。转子偏心会对永磁电机产生不良影响,准确获得其偏心气隙磁场分布具有重要意义。采用双曲余切变换解析计算Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场。该文建立了Halbach阵列定子开槽、转子偏心永磁电机二维模型。将同心解析模型分为三类子区域,利用各区域边界条件求解拉普拉斯方程和泊松方程,通过矢量磁位求得同心气隙磁场,利用相对磁导函数对其进行修正,从而获得偏心空载气隙磁场,对其进行研究,并利用回归评价指标进行评估。不同偏心率下气隙磁通密度、不平衡磁拉力、齿槽转矩的解析结果同有限元结果吻合,验证了该文解析模型的有效性和正确性。
引用本文：刘蓉晖, 刘锦坤, 章君达, 孙改平.基于双曲余切变换的Halbach阵列表贴式永磁电机转子偏心气隙磁场解析模型[J].电工技术学报, 2023, 38(6): 1433-1446. 刘荣辉, 刘金坤, 张军达, 孙学萍.基于双曲余切变换的Halbach阵列表面贴装永磁电机转子偏心率气隙磁场解析模型.电工技术学报, 2023, 38(6): 1433-1446.
作者：李泽星, 夏加宽, 刘铁法, 郭志研, 鲁冰娜
摘要：局部切向电磁力波会通过定子齿的杠杆效应引起定子轭部径向振动,其对振动的贡献可以与径向电磁力波比拟。针对分数槽集中绕组永磁电机的局部切向电磁力波,提出了一种分段交错梯形磁极的削弱方法,该方法可在保证电机转矩密度的前提下,有效削弱局部切向电磁力引起的振动。首先,推导了作用于定子齿部的切向集中力模型,并以一台10极12槽永磁电机为例,分析了局部切向电磁力引起振动的原因。然后,基于有限元模型,分析了分段交错梯形磁极对局部切向电磁力的削弱机理,并对比了优化前后电机的径向力波、电磁转矩以及振动频谱。结果表明,分段交错梯形磁极结构对径向力、切向力均有显著的抑制作用。最后,对优化前后的样机进行振动实验,验证了优化方案的有效性。
引用本文：李泽星, 夏加宽, 刘铁法, 郭志研, 鲁冰娜.基于分段交错梯形磁极的分数槽集中绕组永磁电机局部切向力的削弱[J].电工技术学报, 2023, 38(6): 1447-1459. 李泽行, 夏家宽, 刘铁发, 郭志言, 卢炳娜.具有分段交错梯形极的分数槽集中绕组永磁同步电机的局部切向力的减小.电工技术学报, 2023, 38(6): 1447-1459.
作者：孙明阳, 和阳, 邱先群, 陶涛, 赵文祥
摘要：对于永磁同步电机（PMSM）而言，高频信号注入法是一种有效的零低速无位置传感器控制方法。然而,注入的高频信号会带来严重的可听噪声问题,无法满足舰船推进等高端领域的应用要求。为此，该文提出随机频率三角波电压注入无位置传感器控制方法，解决了PMSM的噪声问题。以两个不同频率的三角波电压信号为基础,遵循伏秒面积相等原则,通过线性同余法生成随机数进行选择,合成随机频率的三角波电压信号。同时,将该随机频率信号注入到估计的转子参考系中,可以有效降低注入频率处的最大噪声,并拓展高频电流的功率谱密度（PSD）,从而降低高频电流引起的可听噪声。此外,为了从感应电流中获取转子位置信息,提出了一种对应的信号解调方法。实验验证了该方法的可行性和有效性。
引用本文：孙明阳, 和阳, 邱先群, 陶涛, 赵文祥.随机频率三角波注入永磁同步电机无位置传感器降噪控制[J].电工技术学报, 2023, 38(6): 1460-1471. 孙明阳, 何阳, 邱先群, 陶涛, 赵文祥.基于随机频率三角波注入的 PMSM 驱动器的无传感器控制，用于降低可听噪。电工技术学报, 2023, 38(6): 1460-1471.
作者：赵凯辉, 刘文昌, 刘智诚, 贾林, 黄刚
摘要：针对城市轨道交通高转矩永磁同步牵引电机因参数摄动和未知扰动等不确定因素造成控制性能下降的现象,提出一种基于扩展非奇异终端滑模扰动观测器的转速环新型无模型非奇异快速终端滑模控制方法。首先,依据永磁同步牵引电机在参数摄动和未知扰动下的数学模型,使用转速环的输入输出建立新型超局部模型。其次,基于新型超局部模型设计转速环的无模型非奇异快速终端滑模控制器;同时结合高阶滑模和非奇异终端滑模设计观测器来实时精准估计新型超局部模型的未知部分,通过对控制器进行前馈补偿,增强了系统的鲁棒性,提高了转速的控制精度,并减少了系统抖振。最后,通过与PI控制、无模型滑模控制进行仿真和实验综合比较,验证了所提出的控制算法对电机参数摄动和未知扰动具有较强的容错性和抗干扰性,能降低对电机精准数学模型的依赖。
引用本文：赵凯辉, 刘文昌, 刘智诚, 贾林, 黄刚.一种永磁同步电机无模型高阶滑模控制算法[J].电工技术学报, 2023, 38(6): 1472-1485. 赵开辉, 刘文昌, 刘志成, 贾林, 黄刚.永磁同步电机的无模型高滑模控制。电工技术学报, 2023, 38(6): 1472-1485.
作者：王铭杰, 李大伟, 曲荣海, 黄礼浩
摘要：有限转角力矩电机（LATM）具有结构简单、控制方便、可靠性高、力矩密度大等优点,因而其作为一种在有限转角内直驱工作的电动作动器已广泛应用于国民经济的诸多领域。该文首先介绍了LATM的理论基础，包括LATM的工作原理、矩角特性、主要拓扑结构及其演变思路，并补充了一些特殊的拓扑结构。其次，归纳了LATM的设计方法，并分析了如何抑制LATM工作区间内的力矩波动、提升区间内的输出力矩以及拓宽工作区间。然后，讨论了LATM在是否考虑非线性时的数学模型与控制方法。最后，对LATM的应用领域进行了归纳和介绍，总结展望了LATM及其相关技术研究的主要发展方向。
引用本文：王铭杰, 李大伟, 曲荣海, 黄礼浩.有限转角力矩电机及其研究发展综述[J].电工技术学报, 2023, 38(6): 1486-1505. 王明杰, 李大伟, 曲荣海, 黄丽豪.有限角力矩电机的发展与研究综述.电工技术学报, 2023, 38(6): 1486-1505.
作者：李忠瑞, 聂子玲, 艾胜, 许杰, 曹美禾
摘要：飞轮储能系统的工作模式要求在最短的时间内对飞轮进行可靠地充电。该文在分析传统充电控制策略的基础上,结合飞轮储能系统的工作特性,提出了一种基于非线性扰动观测器的优化充电控制策略。外环采用转速控制和能量控制相结合的方式,转速环实现恒转矩控制,能量环实现恒功率控制;引入过渡控制环节实现恒转矩控制和恒功率控制的切换;利用非线性扰动观测器估计电机损耗功率和负载功率并进行前馈补偿;基于控制系统稳态、动态和抗扰动性能的要求,给出一种控制器参数设计方法。与传统控制策略相比,所提充电控制策略恒功率控制灵活,恒转矩控制至恒功率控制切换平滑,且有效抑制了电机损耗功率和负载功率的影响,满足了飞轮储能系统的工作特性要求。最后,仿真和实验结果验证了所提策略的可行性和实用性。
引用本文：李忠瑞, 聂子玲, 艾胜, 许杰, 曹美禾.一种基于非线性扰动观测器的飞轮储能系统优化充电控制策略[J].电工技术学报, 2023, 38(6): 1506-1518. 李忠瑞, 聂子凌, 艾胜, 徐杰, 曹美鹤.一种基于非线性扰动观测器的飞轮储能系统优化充电控制策略.电工技术学报, 2023, 38(6): 1506-1518.
作者：程苗苗, 翟朋辉, 张英杰, 李健, 冯凯
摘要：基于音圈电机的精密宏微气浮运动系统,是一种能克服接触摩擦和行程限制的新型精密定位系统。针对系统中用于精密定位的音圈电机受到内外扰动从而影响系统最终定位精度的问题,在建立起音圈电机数学模型的基础上,设计了基于反正弦函数的自学习非线性PID控制器,利用自学习算法对非线性增益函数的增益系数进行实时调整。完成算法设计与仿真后,在搭建的系统平台分别进行了微动台短行程定位和宏微动台的长行程定位实验。仿真和实验结果表明,与传统PID控制器相比较,自学习非线性PID控制器的使用有效提高了系统的鲁棒性和定位精度,系统对位置指令响应迅速无超调,控制精度达到了亚微米级。
引用本文：程苗苗, 翟朋辉, 张英杰, 李健, 冯凯.基于自学习非线性PID的音圈电机精密定位系统[J].电工技术学报, 2023, 38(6): 1519-1530. 程淼淼, 翟鹏辉, 张英杰, 李健, 冯凯.一种基于自学习非线性PID的音圈电机驱动精密定位系统。电工技术学报, 2023, 38(6): 1519-1530.
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