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关键词： 永磁同步电机   直接转矩控制   超螺旋滑模控制   非奇异快速终端滑模控制   滑模负载转矩观测器  

摘要： 随着工业自动化对高精度控制需求的提升,永磁同步电机(Permanent Magnetic Synchronous Machine,PMSM)因其结构简单、效率高、可靠性强等优势成为研究热点。 直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)具有动态响应快、参数依赖性低等优点,被广泛应用于PMSM控制中,但其固有的问题,如磁链和转矩脉动大、开关频率不恒定、速度鲁棒性差等,限制了系统的性能。为此,本文围绕PMSM直接转矩控制优化展开研究,重点从转矩脉动抑制,缩短系统调节时间并抑制系统抖振和抗干扰能力提升三方面提出改进策略。 为解决传统直接转矩控制系统在定子磁链和电磁转矩方面存在的波动问题,本研究提出了一种改进方案。该方案采用滑模变结构控制思想,将超螺旋滑模控制与空间矢量脉宽调制(SVPWM)相结合,替代了原有的滞环控制与开关表结构。针对传统超螺旋滑模控制在稳态运行时的抖动问题,研究设计了一种基于平滑连续函数的自适应改进控制器,有效解决了高频抖动现象。通过仿真实验验证,该算法在减小磁链和转矩脉动方面效果显著,同时提升了电机转速的稳定性,增强了系统的抗干扰能力。 针对速度环应用PI控制器进行转速控制时,存在速度超调、响应速度慢等不足,提出一种改进幂次趋近率,并设计非奇异快速终端滑模控制器,融合等效控制与切换鲁棒策略,解决了转速超调问题,加快了转速调节速度。经过仿真结果分析验证改进幂次趋近率和非奇异快速终端滑模控制器的有效性。 针对电机受到大扰动以及未知扰动对电机控制精度下降的问题,在传统滑模负载转矩观测器的基础上设计了基于改进滑模的负载转矩观测器,并将观测值前馈补偿到控制系统转矩环中,与第四章速度控制器构成一种基于扰动前馈补偿的复合控制器。增强系统的抗干扰能力,降低了系统的在复杂扰动下的转速波动,提高了系统转速的鲁棒性。通过仿真来验证其方案的有效性。 为验证理论成果,基于TMS320F28335主控芯片搭建实验平台,采用Simulink自动代码生成技术实现控制算法部署。实验结果表明,改进后的DTC系统缩短了系统调节时间并抑制系统抖振并提高了抗干扰性能,证实了所提策略的可行性与工程应用价值。

关键词： 双馈异步电机   风力发电   矢量控制   滑模控制  

摘要： 双馈异步风力发电机(Doubly-Fed Induction Generator,DFIG)凭借体积小、成本低等优势在风电领域获得广泛应用。DFIG风力发电系统高性能稳定运行的关键在于其控制策略。DFIG定子绕组直接并网,转子绕组接有转子侧变流器和网侧变流器,本文对DFIG风力发电系统转子侧和网侧变流器矢量控制策略进行研究。 对DFIG风力发电系统中的风力机数学模型进行了建模,分析了风轮转速与叶尖速比的最优匹配规律;建立了双馈异步电机在三相静止坐标系和两相旋转坐标系中的数学模型,为实现解耦控制打下基础;分析了双馈异步电机在不同工况下的功率特性,为网侧和转子侧变流器的协同控制提供能量传输层面的理论支撑。 对传统采用PI控制器的转子侧变流器矢量控制原理进行了研究,采用功率外环与电流内环双闭环实现双馈电机输出功率的解耦控制和动态调节,仿真与实验结果表明,该控制可以实现有功和无功功率的解耦控制,但是功率动态调节存在一定的时间滞后。为提高功率调节的动态性能,提出融合抗抖振因子的幂次积分滑模控制器,将其应用于电流环中,对幂次积分滑模控制器进行了设计。仿真与实验结果表明,DFIG风力发电系统转子侧变流器基于幂次函数的积分滑模控制器,可使系统获得更为优良的动态性能。 建立了网侧变流器的数学模型。通过电网电压定向控制手段,研究了采用PI控制器的网侧变流器矢量控制原理。仿真和实验结果表明,采用PI控制器的网侧变流器矢量控制可以较好地维持母线电压的稳定,实现有功、无功电流解耦控制,但是外界环境变化时,直流母线电压调节速度较慢。为提高母线电压调节的动态性能,设计了电流内环和电压外环双环滑模协调矢量控制系统,将转子侧电流引入电压外环滑模控制,及时调整输入功率,从而获得优良的动态性能。仿真结果表明:采用滑模控制器的网侧变流器矢量控制,可以有效提升母线电压调节的动静态性能。 与南京研旭电气有限公司合作建立了双馈异步风力发电系统实验平台。介绍了变流器控制系统平台组成,平台以YXSPACE为控制核心,包括风力机模拟器、双馈电机、转子侧变流器和网侧变流器等部分。重点介绍了转子侧和网侧变流器的电力电子硬件平台设计,介绍了软件开发流程。

摘要： The authors regret, the correct affiliation of Prof. Linli Xu has been updated as above. The authors would like to apologise for any inconvenience caused. © 2025 Elsevier Ltd

关键词： 永磁同步电机   参数辨识   前馈解耦   矢量控制  

摘要： 针对永磁同步电机矢量控制系统PI电流调节器d、q轴电流无法动态解耦，其参数的变化影响系统动态性能的问题，提出一种基于模型参考自适应参数辨识的永磁同步电机前馈解耦控制方法 .首先，将不含有未知参数的表达式作为期望模型.其次，把待辨识参数的表达式作为可调模型，利用两个模型的输出量之差，通过李雅普诺夫函数设计出自适应律，从而达到对电机参数的辨识，实现d、q轴电流解耦.仿真结果表明，与传统前馈解耦控制策略相比，d、q轴电流超调量分别降低了57%和51%，响应时间分别缩短了36%和42%，具有更好的动态性能.

关键词： 可编程逻辑控制器   石油勘察设备   变频器   自动控制  

摘要： 石油勘察设备工作环境复杂多变，负载波动大，会影响变频器控制的准确性。为此，提出基于PLC的自动控制方法。设计高稳定性和可靠性的PLC控制器，规划核心组件布局，建立PLC与变频器间的Modbus通信连接，并设计周期性及非周期性通信方案。引入PID算法和双馈调速机制。实验证明，该方法能有效实现PLC对石油勘察设备变频器的高精度频率控制，满足各种工况需求，符合设计标准，提高了控制精度和稳定性。

关键词： bond wire and solder joint failure mechanisms   hybrid electrical vehicle   IGBT   mission profile   Monte Carlo method  

摘要： Electric vehicles (EVs) have caught significant attention in recent years due to their potential to reduce greenhouse gas emissions and dependency on fossil fuels. The reliability analysis of power electronic (PE) converters in EVs is crucial to improve their performance, cost-effectiveness, and long-term viability. In this paper, the lifetime estimation of IGBT in a hybrid EV unidirectional converter is evaluated based on control system impacts and statistical model uncertainties. For this purpose, a closed-loop model of a hybrid EV is developed in MATLAB using the Artemis mission profile to simulate the unidirectional converter output power. In the next step, the average model of the nonideal boost converter with Kharitonov's controller is employed to calculate the IGBT losses. The robust controller is able to maintain converter model stability during long-term output power mission profile simulation. By applying the thermal impedance, the junction temperature profile of the switch is obtained, enabling lifetime analysis via rain flow (RF) and Miner's rule methods. The results show that the controller selection considerably affects total consumed lifetime (TCL). Each controller can have a different TCL compared to other choices. Since the model coefficient for solder joint and bond wire failure mechanisms have been obtained based on the accelerated test results in the empirical method, considering the parameter statistical distribution and utilizing the Monte Carlo (MC) method can create a better view in the selection of IGBT and the converter design. Furthermore, based on the statistical results and the probability density function, it is feasible to determine how many percent of the IGBTs in the statistical community are damaged after a certain time. The B10 parameter for the failure mechanisms of bond wire and solder is 11.2 and 450 years, respectively. This approach provides insights into risk assessment and design optimization.

关键词： Leakage currents  

摘要： In this work, a novel Hybrid-Collector Tunneling IGBT (HCT-IGBT) structure is designed and investigated by TCAD simulation. With an integrated N-well region within the P-type collector and an extra N-type heavily doped tunneling layer under the field stop layer, HCT-IGBT effectively reduces the current amplification factor of the internal parasitic PNP transistor (composed of base, drift, and collector region). Thus, further significantly lowers the off-state leakage current of the device and enables an elevation of maximum operating temperature. Simulation results show that the leakage current of HCT-IGBT at 175°C and 200°C is reduced by 38% and 42% compared to conventional Carrier Stored Trench-Gate Bipolar Transistor (CSTBT). As a result, the maximum operating temperature can be significantly increased, which greatly improves the output power. Furthermore, HCT-IGBT exhibits comparable on-state voltage drop (Von) and switching losses (Eon, Eoff) to CSTBT, demonstrating that there is no degradation in the device’s conduction and switching performance. These breakthroughs position the HCT-IGBT as a promising candidate for next-generation high-temperature power electronics. © 2013 IEEE.

关键词： RH精炼   机械真空泵   国产变频器  

摘要： 随着我国自主研发变频器的不断优化，国产变频器在钢铁领域已经能在一定范围内替代进口变频器。本文研究了RH精炼过程中国产变频器在机械真空泵的应用，主要从机械真空泵的在RH精炼中的工艺、设备进行了说明，并根据实际案例给出机械真空泵和国产变频器的选型。结果表明，国产变频器在RH真空精炼中具有很好的应用效果，可在预抽真空情况下于5 min以内将RH真空炉内真空度抽汲至67 Pa,并且满足精炼后的钢水成分要求。