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关键词： 永磁同步电机   模型预测控制   矢量控制   Simulink仿真  

摘要： 针对矢量控制中采用传统的PI(比例-积分)控制策略控制永磁同步电机时动态控制性能较差,电机参数容易受到外界温度、负载等变化的影响,从而导致控制电机的精度和响应性较差的问题,提出一种模型预测控制方法来控制电机。该策略利用系统模型预测系统未来输入和状态,通过优化目标函数直接计算控制输入,显著提高动态性能和稳态精度,并且其处理非线性和参数变化能力强,可以很好地控制永磁同步电机这种非线性系统。根据仿真得到的波形图,模型预测控制在动态响应、抗干扰能力、低速运行性能及鲁棒性方面优于PI控制。因此,使用模型预测控制能够有效提升对永磁同步电机的控制性能。

关键词： 芯片焊料层   空洞率   老化状态评估   拓展频谱时域反射   信号特征辨识  

摘要： IGBT(insulated-gate bipolar transistor)作为电气化交通、新能源等领域的核心电气部件,在牵引传动、变流控制和辅助照明供电等系统中发挥着重要作用。焊料层老化是IGBT模块的典型退化形式,而作为老化状态评价指标的空洞、裂纹参数的获取却受限于模块的外部封装。为在保证监测对象完整性的前提下达到其状态评估的目的,基于传输线理论和拓展频谱时域反射(spread spectrum time domain reflectometry,SSTDR)法提出IGBT反射信号检测方案,并提出反射波解析拟合算法以实现对混叠采样信号的目标提取与特征辨识。然后在考虑焊料层退化机理的基础上构建模块芯片端等效阻抗解析模型,进而建立“信号−阻抗−焊料层”的映射关联,并以SKM50GB12T4型IGBT为例,通过开展功率循环加速老化实验,明确空洞率随焊料层老化状态的变化趋势。最后,基于信号传输和器件阻抗建模理论对各阶段老化样本开展反射信号特征辨识研究,分析信号特征参数随器件劣化进程的变化规律,为焊料层老化状态评估提供依据。研究结果表明:老化过程中检测端阻抗随空洞增长呈现出先缓慢减小(寄生电容主导),后快速增大的趋势(空洞、芯片主导),进而得到一致的反射信号特征参数变化趋势,与空洞变化规律的阻抗分析结果相符,故可基于特征参数增量属性将服役周期划分为健康、缓慢退化期、快速劣化期和故障损坏4个阶段。相较于空洞统计的评价方法,本方法借助信号反射特性间接刻画了焊料层空洞发展趋势,克服了内部参数监测方案的部分局限性。研究结果为IGBT焊料层老化状态的无损化检测与评估研究提供了新思路。

关键词： 滑模观测器   sigmoid函数   锁相环   永磁游标电机   联合仿真  

摘要： 本文研究了改进滑模观测器在永磁游标电机无位置传感器中的应用,为了抑制传统滑模观测器的估算转速抖振现象,对开关函数进行改进,用sigmoid函数代替sgn函数。利用ANSYS Maxwell、Simplorer和Matlab/Simulink软件建立了永磁游标电机控制系统联合仿真模型,采用滑模观测器和锁相环估算转速和位置,通过仿真验证,改进的算法能有效抑制估算转速抖振。研究锁相环的自然角频率对起动时的转速误差和稳态时的转速波动的影响,通过仿真对比选取锁相环最佳自然角频率。将联合仿真与定参数仿真进行对比,仿真结果表明,电机在大转矩运行时联合仿真计算转矩比定参数仿真小。

关键词： 双电源   开绕组永磁同步电机   矢量控制   定子电流优化   功率分配   能量管理  

摘要： 针对双电源电动汽车的能量管理与驱动控制问题,对于隔离直流(DC)母线构型双逆变器开绕组永磁同步电机(PMSM)驱动系统进行定子电流优化及功率分配研究,并着重探究了动力电池与超级电容搭配下的功率分配策略。首先,建立双逆变器开绕组永磁同步电机驱动系统数学模型,并推导双空间矢量脉宽调制(SVPWM)架构下的双逆变器功率分配范围边界;然后,分别针对电机效率与功率分配范围提出两种定子电流矢量优化方法,并对比其稳态性能参数;最后,针对动力电池与超级电容的功率输出特性进行分析,在整车能量管理层面提出一种基于以上构型的双电源功率分配策略。使用仿真软件分别在城市道路以及市郊工况下,对所提功率分配策略进行验证。仿真结果表明,所提功率分配策略在节能性和稳定性方面具有优势。

关键词： 混合整数最优控制   松弛控制   取整策略   误差估计  

摘要： 混合整数最优控制问题(Mixed-Integer Optimal Control Problem, MIOCP)因其包含整数变量而更加复杂,但更能贴近实际应用需求。Sager等人(Math. Program. Vol. 133, 2012)提出了一种松弛–取整策略,将MICOP问题凸松弛为经典最优控制,再对凸松弛的最优解进行取整近似(Sum Up Rounding, SUR),得到原问题的近似解,并证明了近似误差为时间步长的同阶无穷小。然而,该近似误差估计的同阶无穷小的系数项是时间区间总长度的指数函数,当控制问题的时间区间较大时,这个误差可能会非常大。针对这一问题,本文对SUR策略进行改进,提出一个新的控制取整策略,证明了新控制策略的收敛性,并通过数值例子验证了本文的策略显著提高了MIOCP的求解精度。Mixed-Integer Optimal Control Problems (MIOCP) are more complex due to the inclusion of integer variables but are more aligned with practical application needs. Sager et al. (Math. Program. Vol. 133, 2012) proposed a relaxation-rounding strategy that convexly relaxes the MIOCP to a classical optimal control problem and then approximates the optimal solution of the convex relaxation (Sum Up Rounding, SUR) to obtain an approximate solution to the original problem, proving that the approximation error is of the same order as the infinitesimal of the time step. However, the coefficient of this infinitesimal error estimate is an exponential function of the total length of the time interval, and when the time interval of the control problem is large, this error can be very significant. To address this issue, this paper improves the SUR strategy and proposes a new control rounding strategy, proving the convergence of the new control strategy and verifying through numerical examples that it significantly improves the solution accuracy of MIOCP.

关键词： 永磁同步曳引机   封星接触器   IGBT  

摘要： 封星技术是永磁同步曳引电梯在制动器失效时的一种电气制动技术,对电梯的安全运行起到较强的保护作用,尤其是2023版电梯检验规则的实施,让封星技术基本成为新制造电梯的标准配置。文章根据检验经验,在对封星原理简要分析的基础上,结合当前封星技术实现形式,分别列出了其优缺点;同时,分析了封星装置在检验过程中的重点关注内容,以及封星电路在日常维护中的注意事项。

关键词： 大功率IGBT   水冷基板   仿真分析  

摘要： 对电力机车大功率IGBT功率模块用水冷基板的结构进行研究,采用UG三维建模软件建模,采用FLUENT流体分析软件对两种结构类型的水冷基板进行传热和流阻分析。根据分析结果得出水冷基板冷却液流道结构优化方案,与优化前方案相比,优化后的水冷基板温升最高降低23.41%,流阻降低了87.32%。

关键词： 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)   栅极振荡机理   抑制方法   正反馈  

摘要： 现代电力电子技术的不断发展推动了IGBT在交流电机驱动、变频器、开关电源及新能源行业的广泛应用。IGBT在应用过程中,由于电路拓扑和系统工况复杂多变,栅极波形振荡的问题普遍存在,如何认识振荡机理并抑制振荡成为IGBT安全稳定应用的基础。从IGBT内部寄生参数结构和开关过程出发,详细介绍了IGBT栅极开通振荡、关断振荡和短路振荡,推导了开通栅极振荡过程的数学模型及射频振荡(关断振荡与短路振荡)的正反馈振荡机理,提出加入负反馈或降低正反馈增益的修正措施。通过改进不同振荡的实验,验证了抑制措施的有效性,提高了IGBT应用的稳定性与可靠性。

关键词： semiconductor power device   IGBTs   reliability   UIS robustness   scaling IGBTs  

摘要： Robustness under high-temperature Unclamped Inductive Switching (UIS) tests was systematically compared among 3300 V scaled Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) using TCAD simulations, with scaling factors (k) ranging from 1 to 10. Based on multiple lines of physical evidence, the failure mechanism of IGBTs during the UIS test was identified as a latch-up. A slight degradation in UIS robustness was observed in fully scaled IGBTs, as evaluated using a novel reliability comparison method. Moreover, certain non-proportional scaling techniques were shown to mitigate this degradation, with some approaches even surpassing the UIS robustness of the original (k = 1) IGBT design.

关键词： 变频器调速技术   电气自动化控制   精确控制  

摘要： 文章重点研究变频器调速技术在电气自动化控制中的应用。先介绍变频器的基本原理和调速特点,分析变频器选型的主要技术参数和性能指标,然后针对恒压供水系统、起重机调速系统、空压机调速系统、风机水泵调速等典型自动化设备,详细阐述变频器的应用原理和设计要点。通过分析可以看出,变频器调速技术可显著提高系统的节能效果、控制精度和自动化水平,但在选型和应用时需要综合考虑负载特性、电网环境、控制要求等诸多因素。