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关键词： 永磁同步电机   滑模控制   Delta算子   趋近律   直接转矩控制   超螺旋滑模  

摘要： 永磁同步电机(PMSM)因其结构紧凑、运行可靠、动态响应快等优势,在医疗设备、航空航天、轨道交通等领域得到广泛应用。随着PMSM在工业场景中的普及,对其控制系统的性能要求日益提升,深入研究先进控制算法成为提升电机性能的关键。因此,最优控制、模糊控制、自适应控制以及滑模控制等控制方法引起了国内外学者的广泛关注。其中,滑模控制因对参数摄动和外部干扰的强鲁棒性,在电机控制领域备受关注。然而,电机运行过程中因温度变化、机械形变及永磁体退磁等因素导致的参数变化,仍会对系统性能产生显著影响。为此,设计高性能控制器以应对上述挑战具有重要意义。本文以表贴式PMSM为研究对象,将滑模控制理论应用于其控制系统中,并通过理论分析与搭建实验平台,对PMSM滑模控制策略展开深入研究。主要工作包括以下几个方面。 基于永磁同步电机的结构特性与电磁作用原理,通过分析其电气等效关系,构建了三相自然坐标系下的PMSM数学模型,并在此基础上详细阐述了坐标变换原理。分析了矢量控制方法以及电压空间矢量脉冲宽度调制过程,为后续控制方法设计与系统优化提供了理论支撑。 针对基于传统趋近律滑模控制方案的永磁同步电机系统振荡较大、响应速度较慢的问题,通过引入幂次函数并对永磁同步电机系统进行Delta算子离散化,得到一种新型Delta算子离散趋近律滑模控制器,分析了所设计Delta算子滑模控制系统可以在有限时间内到达切换面。基于Simulink平台搭建了Delta算子滑模控制系统仿真模型,并对所设计系统进行了仿真分析,随后在半实物仿真平台对所设计系统进行了实验验证。仿真与实验结果验证了所设计系统与传统滑模控制系统相比具有较小的超调量、较快的响应速度和较强的鲁棒性。 为了改善传统直接转矩控制系统的响应速度慢与转矩脉动过大等问题,分析了传统直接转矩的控制系统原理,引入空间矢量脉宽调制模块代替传统直接转矩控制系统中的发波模块,通过对幂次函数进行改进,设计了基于改进幂次函数的磁链与转矩超螺旋滑模控制器,用以替代传统直接转矩控制系统中的滞环比较器模块。基于Simulink平台搭建了超螺旋滑模直接转矩控制系统仿真模型,并进行了仿真分析,随后在半实物仿真平台对所设计系统进行了实验验证。仿真与实验结果验证了所设计的改进超螺旋滑模控制系统显著增强了系统的鲁棒性,有效抑制了电磁转矩脉动,改善了系统的稳态性能。 最后,对全文进行了总结,并提出后续的研究展望。

关键词： Cryogenic electronics   gate driver   IGBT   MOSFET   cryogenic propulsion   Cryogenic electronics   gate driver   IGBT   MOSFET   cryogenic propulsion  

摘要： To tackle emissions from the aviation industry and make it sustainable, research has been targeting electrifying aircraft. For this aim, articles have been focusing on how to replace regular jet engines with liquid hydrogen as fuel. This would be beneficial as hydrogen is expected to play a dual role, providing fuel for fuel cells to propel the aircraft electrically and to supply cooling to enable high-power density technologies such as superconducting machines and cryogenic power electronics circuits. However, using higher power density, especially cryogenic power electronics, can be challenging. This article investigates cryogenic power electronics for use on all-electric aircraft across different aspects, where it lays out how to integrate power electronics at cryogenic temperature into the architecture of the all-electric aircraft, how to use them with hydrogen fuel cells, and the voltage levels of the system. It reviews different semiconductor device technologies, circuit topologies, and passive devices to be used in power electronics circuitry, as well as logic circuits that are suitable for use at cryogenic temperatures. In addition, the article discusses the challenges of using semiconductor devices at such low temperatures, including the reliability, overall cooling, and recycling of hydrogen.

关键词： PLC   变频器   矿用提升机   控制系统  

摘要： 为促进矿用提升机提升工作的提质增效，基于矿用提升机在煤矿生产中的重要作用，结合当前提升机运行中发现的主要问题，对提升机控制系统进行了改进，提出了具体的改进方案，设计出了新的自动控制系统。重点设计了系统的硬件部分与软件部分，并进行了应用测试，经测试应用新设计的自动控制系统后，提升机可精准高效地进行加速、减速以及爬行，提升机位置控制精度以及稳速控制精度分别可达到25 mm与±0.2%，取得了较好的控制效果，可为提升机自动控制系统的设计提供参考。

关键词： 全功率变频器   变速抽水蓄能机组   背靠背三电平变换器   背靠背五电平变换器   背靠背模块化多电平变换器(MMC)   模块化多电平矩阵变换器(M3C)  

摘要： 变速抽水蓄能机组在效率和工况适应性等方面相较于传统定速抽水蓄能机组有较大的优势。全功率变频器是变速抽蓄机组的关键装备，研究各种变频器拓扑在大容量变速抽蓄机组中的应用具有重要意义。文中以百兆瓦级变速抽水蓄能机组为例，立足于现有器件，从成本、损耗、体积等方面构建评价指标体系，并采用熵值法对指标体系中的指标赋权。对比分析背靠背三电平中点钳位型（neutral point clamped,NPC）变换器、背靠背五电平层叠多单元变换器（stacked multicell converter,SMC）、背靠背模块化多电平变换器（modular multilevel converter,MMC）以及模块化多电平矩阵变换器（modular multilevel matrix converter,M3C）4种拓扑应用于大功率、接入电压为13.8 kV的变速抽水蓄能机组的设计方案。结果表明，在成本方面，背靠背MMC成本最低；在效率方面，M3C整体效率最高；在体积方面，M3C占用空间最小。综合而言，背靠背MMC和M3C为百兆瓦级变速抽水蓄能机组全功率变换器的两种优选方案。

关键词： 60°坐标系   永磁同步电机   矢量控制  

摘要： 阐述在60°坐标系中实现永磁同步电机矢量控制的算法。矢量控制包含多个环节，将参考电流和反馈电流转换成60°坐标系中表示形式，经PI调节后直接得到60°坐标系中参考电压矢量的数值，结合60°坐标系中SVPWM算法实现永磁同步电机控制。

关键词： 个性化培养   对分课堂   创新实践  

摘要： 为培养学生个性化的产品研发能力、实践创新能力、科学研究能力和论文写作能力，任课教师将学生的课外创新实践融入专业课的教学全过程，构建“对分课堂+创新实践”的教学模式，探索“对分课堂+科创项目”“对分课堂+科技竞赛”“对分课堂+科研课题”“对分课堂+学术论文”的教学设计方案。对分课堂是一半课堂时间由教师讲授，另一半课堂时间由学生以研讨的形式进行交互式学习的教学模式，分为讲授、内化和研讨三个环节。以“最优控制与智能控制基础”课程为例，每个知识单元的前一半学时讲授控制方法的基本原理，后一半学时组织对分课堂教学，研讨学生预研、在研或结项的创新实践实例。经过对分课堂的过程设计、创新实践的理论指导、个性化培养的流程设计、个性化培养的教学实践，“对分课堂+创新实践”对学生个性化培养的效果较好。

关键词： 高压变频器   火力发电   变频器  

摘要： 随着科技的飞速发展和能源需求的日益增长，提高火力发电厂的运行效率与节能减排成为电力行业的重要课题。高压变频器，作为一种先进的电力调控手段，凭借其高效、灵活的特点，在火力发电领域得到了广泛应用。本文将从高压变频器概述出发，阐述了高压变频器在火力发电中的应用价值，同时通过对高压变频器在锅炉系统、凝结水泵、除尘系统中的应用情况进行分析，以期为相关领域的技术创新与优化提供参考。

关键词： 锂电池   半桥型均衡器   移相控制   模块化结构   无信号线通信   电力线载波通信  

摘要： 传统能源的逐渐枯竭与其使用带来的环境污染是当今世界各国均须面对的难题。而新能源产业的开发与利用,特别是新能源汽车的发展,是解决上述问题的重要途径。新能源汽车的动力源为电池,为了满足汽车高压使用需求,汽车厂商往往将多个锂电池单体串联构成串联锂电池系统,但该系统中的各个电池单体由于生产原料、生产工序等不可避免的原因会存在一定的微小差异,这种差异会导致串联锂电池组在使用过程中各电池单体电压出现不一致性,严重缩短了锂电池组的使用寿命。因此,锂电池均衡器的研究非常有必要,研究出拓展性好、均衡性能优秀的均衡器具有非常高的实际价值。 本研究首先对基于半桥电路拓扑的均衡器引入了移相控制策略,以解决开环控制的半桥均衡器在较高工作频率下均衡效率低下的问题。详细说明了移相控制下半桥均衡器的运行模态,推导了该均衡器在时域和频域中的均衡电流表达式,分析了影响均衡电流大小的主要因素。然后通过建立仿真电路模型验证了移相控制对半桥均衡器均衡性能的有效提升。 为满足多数量串联锂电池组的均衡需求,本研究通过将多绕组变压器与半桥均衡电路相结合的方式进行模块化拓展。通过建立等效电路模型,重点推导了影响模块间均衡电流的关键因素。分析结果表明:模块化后的半桥均衡器依然能在较高工作频率下完成所有电池单体的能量均衡。通过在Matlab/Simulink中搭建仿真模型对理论分析进行了验证。 针对模块化设计的均衡器不同均衡模块之间需要通信的需求,本文引入了电力线载波通信技术,通过复用模块间进行能量传输的功率线完成信号的传递。相比于设立专用信号线的方案,弥补了其设计难度高、通信距离受限的缺点。 最后,搭建实验样机平台,对无信号线的模块化半桥均衡器进行实验验证。实验成功实现对两组八节串联锂电池的能量均衡,证明了模块化拓展后的半桥均衡器依然具有较好的均衡效率,说明了使用功率线进行通信的可行性。