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电压源激励下表贴式永磁同步电机退磁故障建模与分析
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作者 史涔溦 彭琳 +1 位作者 张振 史婷娜 《电工技术学报》 北大核心 2025年第8期2430-2440,共11页
永磁同步电机退磁故障会降低电机的输出性能和负载能力,严重影响电机的使用寿命。建立准确的故障电机解析模型,进行快速电磁性能分析,获得故障情况下的电流、转矩等运行数据,有利于对退磁故障进行早期预测和诊断。该文针对永磁同步电机... 永磁同步电机退磁故障会降低电机的输出性能和负载能力,严重影响电机的使用寿命。建立准确的故障电机解析模型,进行快速电磁性能分析,获得故障情况下的电流、转矩等运行数据,有利于对退磁故障进行早期预测和诊断。该文针对永磁同步电机局部退磁故障,引入一个表示退磁区域空间角度的参数,推导了剩余磁化强度径向分量和切向分量的傅里叶系数,从而建立了永磁体局部退磁情况下的电机解析模型。在此基础上,针对实际应用中控制系统的电路接口,提出一种以磁链作为中间变量、由电压源逆变器驱动的解析模型,并将该模型应用到矢量控制系统中实现联合仿真,计算了电机的定子磁链、电流和转矩,经Ansys/Simplorer时步有限元模型和实验验证了该模型的准确性和有效性。相较于时步有限元法,该文提出的解析模型-控制电路联合仿真大幅缩短了计算时间,提高了运算效率。 展开更多
关键词 永磁同步电机 退磁故障 解析建模
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基于数据驱动观测器的永磁同步电机显式模型预测直接速度控制 被引量:1
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作者 史婷娜 赵梦圆 夏长亮 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第4期1248-1259,I0003,共13页
当参数失配时,永磁同步电机的显式模型预测(explicit model predictive,EMP)直接速度控制将出现明显的稳态静差。为此,现有方法通过配置扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来实时观测和前馈补偿模型偏差,以实现无静差、高精... 当参数失配时,永磁同步电机的显式模型预测(explicit model predictive,EMP)直接速度控制将出现明显的稳态静差。为此,现有方法通过配置扩张状态观测器(extended state observer,ESO)来实时观测和前馈补偿模型偏差,以实现无静差、高精度的转速跟随控制。但实验和理论分析表明,由于ESO的带宽有限,对于变化扰动的补偿能力较弱,参数失配时系统的动态性能恶化。为同时改善参数失配时系统的稳态控制精度和动态性能,并提高鲁棒性,该文将无模型控制与EMP控制进行融合,通过构造超局部预测模型和数据驱动观测器,提出新的EMP直接速度控制策略。实验结果表明:所提方法凭借数据驱动观测器的高观测带宽,可以同时在动态和稳态阶段实现参数失配的优良补偿,兼顾动态与稳态性能。 展开更多
关键词 永磁同步电机 显式模型预测控制 直接速度控制 数据驱动 无模型控制
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伺服系统多轴协同控制技术综述
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作者 史婷娜 王敢 +1 位作者 曹彦飞 王志强 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第11期4479-4492,I0030,共15页
该文突破从耦合和非耦合两种协同控制方式进行分类的传统思路,首次围绕多轴伺服系统各个实施环节展开多角度的梳理和归纳,分别对其硬件架构、变流器拓扑、实时控制技术、多轴协同控制方式和多轴协同控制策略等角度进行多方位综述。创新... 该文突破从耦合和非耦合两种协同控制方式进行分类的传统思路,首次围绕多轴伺服系统各个实施环节展开多角度的梳理和归纳,分别对其硬件架构、变流器拓扑、实时控制技术、多轴协同控制方式和多轴协同控制策略等角度进行多方位综述。创新性地提出5种系统硬件架构归类方式;综合考虑和评估各变流电路拓扑结构在经济性、容错性、控制复杂度等方面的表现;聚焦芯片架构和网络总线,指出阻碍网络化多轴实时控制技术普及的难关;首次提出并行类和主从类两种耦合控制分类方法,从原理和结构上对多轴协同控制方式和协同控制策略及其改进措施进行深层次归纳;从多学科视角对多轴协同控制技术中尚存不足和难点进行探讨,对其未来发展方向进行展望。 展开更多
关键词 多电机控制 系统架构 变流器拓扑 实时控制技术 协同控制方式 协同控制策略
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基于DenseNet和ViT的三电平中点钳位型逆变器功率器件栅极驱动开路故障诊断方法
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作者 阎彦 张思仪 +2 位作者 李晨 吴家奇 史婷娜 《电工电能新技术》 北大核心 2025年第6期1-14,共14页
栅极驱动开路故障是功率器件的一种典型故障,准确诊断此类故障有助于提升电力电子变换器的运行可靠性。针对已有故障诊断方法的不足,本文提出基于DenseNet-ViT网络的逆变器功率器件栅极驱动开路故障诊断新方法。首先,对采样数据做归一... 栅极驱动开路故障是功率器件的一种典型故障,准确诊断此类故障有助于提升电力电子变换器的运行可靠性。针对已有故障诊断方法的不足,本文提出基于DenseNet-ViT网络的逆变器功率器件栅极驱动开路故障诊断新方法。首先,对采样数据做归一化和增强处理,形成训练集、验证集和测试集等三类数据集;其次,构建DenseNet-ViT模型以实现故障特征的增强和提取,并采用故障数据训练该模型;最后,用验证集实施模型测试,遴选最佳模型。所述方法被应用于一台三电平中点钳位型(NPC)逆变器,基于这一特定功率变换器拓扑,介绍了其调制原理和故障诊断模型建模过程,说明了模型训练过程中采用的随机梯度下降函数,并搭建了实验平台进行实验验证。实验结果表明,与其他主流诊断方法相比,本文所提方法在浮点计算量、模型参数量和算法运行时间等方面具有一定优势。 展开更多
关键词 故障诊断 视觉变换器 密集卷积网络 三电平NPC逆变器 栅极驱动开路故障
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基于Z源逆变器容错重构拓扑的无刷直流电机无位置传感器控制
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作者 周璐 史婷娜 +1 位作者 陈炜 李新旻 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第13期5308-5318,I0031,共12页
对于Z源逆变器的传统容错重构拓扑,故障相难以提供反电势信息。为了实现容错运行下的无位置传感器控制,阐明直流电容钳位作用对故障相端电压的影响,提出改进的重构拓扑。在Z源逆变器特有的直通矢量作用下,提出的拓扑可在故障相和健康相... 对于Z源逆变器的传统容错重构拓扑,故障相难以提供反电势信息。为了实现容错运行下的无位置传感器控制,阐明直流电容钳位作用对故障相端电压的影响,提出改进的重构拓扑。在Z源逆变器特有的直通矢量作用下,提出的拓扑可在故障相和健康相检测到反电势过零点信息,使每个换相周期均能更新一次电机转子位置。实验结果表明,提出的方法可在功率器件故障条件下实现电机的无位置传感器控制,并在较宽转速范围内具有良好的动、稳态性能。 展开更多
关键词 Z源逆变器 容错重构 无刷直流电机 反电势 无位置传感器控制
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基于霍尔位置传感器的表贴式永磁同步电机最速起动方法
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作者 高慧达 史婷娜 +2 位作者 曹彦飞 王剑 阎彦 《电工技术学报》 北大核心 2025年第10期3120-3130,共11页
在机械臂关节伺服系统中,电机通常需要带载直接起动而不能进行初始位置校准。基于开关型霍尔位置传感器的表贴式永磁同步伺服电动机能够读取电机电角度所在扇区来实现直接起动,但在起动时存在位置不准确的问题,无法获得最大的起动转矩... 在机械臂关节伺服系统中,电机通常需要带载直接起动而不能进行初始位置校准。基于开关型霍尔位置传感器的表贴式永磁同步伺服电动机能够读取电机电角度所在扇区来实现直接起动,但在起动时存在位置不准确的问题,无法获得最大的起动转矩。对此,该文提出一种基于霍尔位置传感器的表贴式永磁同步电机最速起动方法,无需额外的信号注入以及初始位置校准程序,在电机起动的首个扇区内使用所提出的角度曲线进行磁场定向控制算法中的转子位置估计,同时结合最大转矩电流比控制,能够在统计学意义上提高起动转矩,有效缩短扇区内全初始角度的起动时间期望,优化霍尔位置传感器定位不准确时的起动过程。此外,该文给出了该角度最速起动曲线的设计方法及数值解,并给出该方法在起动时间期望上的最小值证明。在实际伺服电动机参数下的仿真与实验表明:所提方法能够有效实施在现有的关节伺服系统中,与现有的方波起动方法及扇区中值起动方法相比,有效减小了全扇区角度起动时间的平均值,实现了统计学意义上电机的最速起动。 展开更多
关键词 关节伺服系统 霍尔位置传感器 表贴式永磁同步电机 起动方法
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基于Buck-Boost变换器和高频信号耦合注入的无刷直流电机低速无位置传感器控制
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作者 孙兴龙 金雪峰 李晨 《电工电能新技术》 北大核心 2025年第6期64-73,共10页
针对现有无位置传感器控制方法在无刷直流电机低速运行时,存在检测精度低、噪声大等问题,本文提出了一种基于Buck-Boost变换器和高频信号耦合注入的无刷直流电机低速无位置传感器控制方法。本方法利用外部的高频信号源发出低压高频检测... 针对现有无位置传感器控制方法在无刷直流电机低速运行时,存在检测精度低、噪声大等问题,本文提出了一种基于Buck-Boost变换器和高频信号耦合注入的无刷直流电机低速无位置传感器控制方法。本方法利用外部的高频信号源发出低压高频检测信号,将其通过耦合电路与逆变器输出的驱动电压同时注入到电机绕组,通过采集电机绕组反馈的高频电压信息确定转子位置。本文提出的方法算法简单,可以提高电机在低速运行时的位置检测精度,减小检测脉冲带来的电机噪声。实验结果验证了方法的可行性。 展开更多
关键词 无刷直流电机 无位置传感器控制 低速运行 高频信号源
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基于残差卷积网络的多传感器融合永磁同步电机故障诊断 被引量:4
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作者 邱建琪 沈佳晨 +2 位作者 史涔溦 史婷娜 李鸿杰 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期24-33,42,共11页
作为工业生产与日常生活的常见设备,永磁同步电机的故障诊断研究具有十分重要的意义。以永磁同步电机的匝间短路、退磁、轴承故障为诊断目标,提出一种新型的多传感器特征融合网络(MSFFN),结合多传感器融合技术与卷积神经网络实现永磁同... 作为工业生产与日常生活的常见设备,永磁同步电机的故障诊断研究具有十分重要的意义。以永磁同步电机的匝间短路、退磁、轴承故障为诊断目标,提出一种新型的多传感器特征融合网络(MSFFN),结合多传感器融合技术与卷积神经网络实现永磁同步电机的可靠故障诊断。网络采用2个带有残差模块的卷积神经网络,对输入的电流信号与振动信号并行提取隐藏特征,并设计一种中间特征融合模块(IFFM)有效融合电流和振动的各层隐藏特征,IFFM基于注意力机制对网络中的电流特征与振动特征进行筛选,自适应关注不同信号的内在相关特征,以实现更好的诊断效果。搭建了故障样机测试平台进行数据采集与实验验证,实验结果表明,提出方法具有更高的诊断准确率,同时在叠加了强噪声的条件下,具备更强的抗干扰能力。 展开更多
关键词 多传感器融合 卷积神经网络 中间特征融合模块 残差模块 永磁同步电机 故障诊断
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永磁同步电机铜铝混合扁线绕组交流损耗计算 被引量:3
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作者 史涔溦 聂涵婧 +1 位作者 邱建琪 史婷娜 《电机与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期1-11,共11页
由于集肤效应和邻近效应的影响,常规扁线绕组电机在高频时会产生较大的涡流损耗,为此提出一种铜铝混合扁线绕组结构,将槽口处两层铜导体替换成铝包铜导体,可有效减小高频时的交流损耗,同时对直流损耗的影响较小。首先建立了该结构单槽... 由于集肤效应和邻近效应的影响,常规扁线绕组电机在高频时会产生较大的涡流损耗,为此提出一种铜铝混合扁线绕组结构,将槽口处两层铜导体替换成铝包铜导体,可有效减小高频时的交流损耗,同时对直流损耗的影响较小。首先建立了该结构单槽交流损耗的解析模型,在此基础上,考虑转子永磁磁场对槽口漏磁的影响,采用有限元冻结磁导率法建立了计及永磁磁场影响的半解析模型,对样机不同频率下的交流损耗进行了计算,并分析了铝包铜导体的结构参数对交流损耗的影响,确定了层数与内芯尺寸。计算结果表明,相较于全铜扁线,最高频率时整机交流损耗下降16.3%,低频时基本相当。最后,将解析计算结果与有限元计算结果进行了对比,二者基本吻合,验证了本文解析模型的准确性。 展开更多
关键词 永磁同步电机 扁线绕组 交流损耗 铜铝混合扁线 有限元分析 半解析法
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一种不依赖缺陷数据的扁线绕组焊点缺陷检测方法
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作者 史涔溦 刘炳昊 +1 位作者 邱建琪 史婷娜 《电工技术学报》 CSCD 北大核心 2024年第S1期141-149,共9页
常规基于图像和深度学习的扁线绕组焊点缺陷检测方法需要大量缺陷焊点数据用于训练模型,而实际生产线上扁线绕组缺陷焊点样本十分匮乏,存在小样本和样本类别不平衡的问题。该文基于特征比对提出一种扁线绕组焊点缺陷检测方法,首先使用... 常规基于图像和深度学习的扁线绕组焊点缺陷检测方法需要大量缺陷焊点数据用于训练模型,而实际生产线上扁线绕组缺陷焊点样本十分匮乏,存在小样本和样本类别不平衡的问题。该文基于特征比对提出一种扁线绕组焊点缺陷检测方法,首先使用目标检测模型检测绕组端面上的所有焊点位置,再复用模型的骨干网络提取每个焊点区域的特征,并与训练过程中通过提取正常焊点的中间层特征构建的特征库中的特征作相似性比对,进而检测缺陷并定位缺陷位置。采用产线实拍照片制作了扁线绕组焊点的数据集,并在数据集上完成了实验与对比分析。结果表明,提出的方法在不依赖缺陷样本的情况下,能够准确实现产线实拍图像上焊点的缺陷检测,分类准确率达到98.4%,对缺陷样本的检测精度达97.0%,召回率达100%,算法的受试者工作特征曲线下的面积(AUROC)指标在图像级和像素级上分别达到97.4%、98.0%,满足工业需求。 展开更多
关键词 扁线绕组 激光焊接 深度学习 小样本问题 缺陷检测
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电机驱动系统故障诊断技术综述 被引量:10
11
作者 刘博 李晨 +4 位作者 阎彦 张国政 耿强 史婷娜 夏长亮 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第14期5619-5633,共15页
故障诊断技术对电机驱动系统的安全稳定与高效运行至关重要,是近年来电机驱动领域的研究热点之一。该文旨在对电机驱动系统故障诊断方面的研究工作进行系统性综述。首先,介绍电机驱动系统的常见故障类型,并梳理故障诊断所面临的技术难... 故障诊断技术对电机驱动系统的安全稳定与高效运行至关重要,是近年来电机驱动领域的研究热点之一。该文旨在对电机驱动系统故障诊断方面的研究工作进行系统性综述。首先,介绍电机驱动系统的常见故障类型,并梳理故障诊断所面临的技术难题。其次,对现有故障诊断方法进行分类和归纳,详细阐述各类方法的基本原理。在此基础上,深入探讨电机驱动系统各类故障诊断方法的适用范围以及所面临的挑战。最后,对电机驱动系统故障诊断技术未来的发展趋势进行全方位展望,以期为理论研究和技术路线的创新发展提供一些思考和借鉴。 展开更多
关键词 电机驱动系统 功率器件 传感器 电容 故障诊断
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伺服电机电磁参数测量与弱磁控制电流工作点优化方法 被引量:5
12
作者 陈洪赟 阎彦 +2 位作者 林治臣 曹彦飞 史婷娜 《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2022年第6期64-70,共7页
受温升、磁饱和等因素影响,在宽速域运行下伺服电机电磁参数会有较大程度变化。针对电机参数非线性时变对弱磁运行区转矩输出能力的影响,本文提出一种适用于带制动器的伺服电机弱磁运行区电流工作点计算新方法,并在一台3.1 kW伺服电机... 受温升、磁饱和等因素影响,在宽速域运行下伺服电机电磁参数会有较大程度变化。针对电机参数非线性时变对弱磁运行区转矩输出能力的影响,本文提出一种适用于带制动器的伺服电机弱磁运行区电流工作点计算新方法,并在一台3.1 kW伺服电机上进行了实验验证。所提方法通过制动堵转-位置控制下微小角度旋转间的切换、离线电机转矩、磁链数据测量与计算、傅里叶函数拟合等,实现伺服电机弱磁区交直轴电流工作点的计算。所提方法尽可能地降低了磁链积分误差以及伺服驱动器死区电压的不良影响,具有可集成在伺服电机驱动器内部、在功能实现上可标准化、程式化的优势。 展开更多
关键词 伺服电机 弱磁控制 参数测量 工作点计算
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考虑电机磁饱和特性的车用永磁同步电机多参数辨识方法
13
作者 邱建琪 林俊鹏 +3 位作者 王剑 林治臣 王志强 阎彦 《电机与控制学报》 2025年第8期1-9,共9页
为了对新能源汽车车用永磁同步电机进行精确的在线参数辨识,提出采用d轴电流注入的多步估计法以解决多参数在线辨识中的欠秩问题。为了提高电感辨识的精度,在辨识模型中考虑了磁饱和与交叉耦合现象。针对考虑磁饱和时电机的电压方程中... 为了对新能源汽车车用永磁同步电机进行精确的在线参数辨识,提出采用d轴电流注入的多步估计法以解决多参数在线辨识中的欠秩问题。为了提高电感辨识的精度,在辨识模型中考虑了磁饱和与交叉耦合现象。针对考虑磁饱和时电机的电压方程中待辨识参数增多的问题,通过先后注入两次电流,将测量得到的3组数据利用两步最小二乘法进行参数辨识,实现定子电阻、永磁磁链、交直轴视在自感和互感共5个参数的在线辨识。通过仿真验证方法的可行性,并分析研究d轴注入电流的幅值和时长的选取方法。搭建实验平台,针对不同的负载和运行温度进行多工况参数辨识实验,证明所提方法在不同工况下的可行性和有效性。在所提校验方式下,辨识误差不超过±5%。 展开更多
关键词 永磁同步电机 新能源汽车 在线参数辨识 欠秩问题 磁饱和 交叉耦合
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