永磁同步电机

针对内置式永磁同步电机(interior permanent magnet synchronous motor, IPMSM)由于内部参数变化、外部扰动等各种不确定性因素导致控制性能不佳的问题，提出一种无模型超螺旋快速终端滑模控制方法。首先，建立考虑IPMSM不确定性的新型超局部模型，结合超螺旋算法和快速终端切换函数设计无模型超螺旋快速终端滑模控制器，确保系统状态有限时间收敛，并有效减小抖振。其次，设计扩展滑模扰动观测器精准估计超局部模型中的未知部分，并前馈补偿给设计的控制器，进一步提升系统的抗干扰能力和跟踪性能。最后，通过与PI控制和传统无模型滑模控制进行仿真实验对比，验证了该方法具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性。

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)参数变化影响转子位置估计精度问题，提出了一种基于单位电流最优功率输出的位置估计误差非线性补偿策略。首先，分析了电机参数误差特别是电感误差对位置估计精度的影响，建立了位置估计误差与单位电流输出功率的关联模型，推导出电感误差与最优输出功率的关系模型。然后，结合功率模型构建了基于多项式的电感误差非线性模型，利用少量测试点拟合该多项式模型，即可辨识电感误差用于准确补偿位置估计误差。所提方法实现简单，不依赖电机参数，能有效克服噪声干扰。最后，仿真与实验结果验证了提出补偿策略的有效性。

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有结构简单、运行稳定、效率高和外形多样等显著优点，在生产制造领域得到广泛应用。PMSM在工作中不断受到速度变化和负载波动等复杂工况的影响，不可避免地会出现各种故障，如轴承故障、偏心故障、退磁故障和匝间短路故障等。文中综述了PMSM常见故障类型，并总结了自动化领域中基于信号的状态监测方法的现有研究，以用于各类电气和机械故障的检测和诊断。随后，对诊断方法进行了总结，并分析了其优势与限制，探讨了不同信号处理方法在应用中的利弊。最后，根据当前研究现状，讨论了PMSM故障监测与诊断存在的问题和未来发展方向。

为了提高永磁同步电机双惯量系统在不确定性扰动影响下的控制性能，提出一种基于双扰动观测器的无模型递归终端滑模控制策略。首先，建立存在不确定性扰动的永磁同步电机双惯量系统模型，并结合无模型控制与递归终端滑模控制设计无模型递归终端滑模控制器，使系统状态直接从滑模面开始运动，缩短了状态误差的收敛时间，有效抑制抖振。其次，通过构造扩张状态观测器观测负载速度并反馈到改进型扩展扰动滑模观测器中，构成双扰动观测器。同时，双扰动观测器精确估计总扰动信号并前馈补偿到所设计的控制器，进一步提高系统稳态性能和抗扰动能力。最后，通过仿真和实验验证得出，所提出的控制方案相较于比例积分控制和改进型无模型滑模控制方法更具有优越性和可行性。

永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势，已在工业界得到广泛应用。本文针对PMSM驱动系统，提出了一种基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制（finite-control-set model-free predictive current control，FCS-MFPCC）。首先，分析了PMSM系统的数学模型并详述了有限控制集模型预测电流控制（finite-control-set model predictive current control，FCS-MPCC）的控制原理。然后，介绍了基于线性扩张状态观测器（linear extended state observer，LESO）的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题，采用了基于离散空间矢量调制（discrete space vector modulation，DSVM）的控制集拓展方案，将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后，为解决拓展控制集带来的高计算量问题，提出了一种快速寻优策略，阐述了该策略的实施原理与流程。最后，基于一台500W PMSM实验平台，对比了传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能，验证了所提算法的有效性与优越性。实验结果表明，所提算法能够有效提升系统稳态性能，定子绕组电流总谐波畸变由10.07%降低至6.48%。

针对永磁同步电机传统模型预测转矩控制策略存在脉动大、抗干扰能力差、权重因子需要反复调试等缺点，提出了一种基于自抗扰控制器的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略。首先，通过设计转速环自抗扰控制器，并引入一种连续且平滑的新型fal函数，进一步提高了自抗扰控制的控制性能。然后，设计了一种无权重系数的价值函数，优化系统控制性能的同时简化了设计过程，解决了权重因子调试的问题。最后，采用两步预测降低延时对控制系统的影响，提高了控制精度。仿真和实验结果表明，提出的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略有效降低了系统脉动，提高了系统的控制性能和参数鲁棒性。

风力发电机组变桨距控制系统（简称变桨系统）是实现风力发电机组控制和保护的重要装置，是风机停机的主刹车系统。目前风电机组叶片不断增长，机组容量大型化以及海上风电的发展，华电天仁公司原有基于低压交流伺服和异步电机技术的变桨系统方案已不适应市场需求。在坚持原方案安全性能高等优点的基础上我们研制出基于一体化控制器和永磁同步电机技术的变桨系统，并且在行业内最先实现产业化，目前本方案已成为市场主流。另外，在产业化过程中已逐步实现了核心部件如一体化控制器，永磁同步电机、超级电容的国产化和自主化，系统成本进一步优化，已形成了稳定可靠的供应链。 本项目目前获得授权发明专利5个，申请发明专利20个；获得授权实用新型专利21个，申请实用新型专利8个。在经济指标上，本项目致力于降低机组度电成本，助力国内风电产业发展。风电作为能源转型的主力军，降低其全生命周期度电成本是决定风电能否健康持续发展的重点。根据国家规划，2020年要实现风火同价，这是风电产业的机遇和挑战。应用本技术方案不仅在建设阶段大幅降低变桨系统造价超过10%，而且运行维护阶段凭借优质的服务体系能大幅压缩机组因变桨系统引发的故障次数和停机时间，保证机组更好的可利用小时数。正是因为受到华电天仁带动的变桨技术路线国产化自主化，全球最大的电动变桨系统供应商MOOG已于2018年宣布退出中国市场；全球第一台电动变桨系统的生产企业SSB被迫改变市场策略，由变桨系统供应商转为变桨关键部件提供商。

电力工程上一般都采用人工和机械混合的敷设方法对大截面、长距离的llOkV及以上高压电力电 缆进行敷设，但总体工作效率不高。本文研发了一套高压旧电缆自动化回收装置解决施工安全可靠快速问题。回收过程中牵引力特性呈现从大到小特点，回收速度定速运行在初始阶段有可能会对电缆有一定破坏作用。为了有效地抑制伺服电机启动时对电缆的冲击，本文提出了基于速度运行曲线的回收装置控制策略。该策略优点是速度随着牵引力柔性变化，改变了电缆恒速控制的传统模式。本文将实际常见的回收场景进行等效，搭建了伺服永磁同步电机矢量控制模型，研究了不同场景的速度曲线控制方式，结合现场条件开展了型式试验测试，验证了控制策略有效性。

针对风电机组电压穿越问题，提出一种基于储能与风机转子协调控制的电压故障穿越控制方法。利用风电机组转子惯量响应配合储能功率响应，调节故障期间风机的输出有功功率，进而减少储能装置所需补偿功率与容量，同时保证风电机组并网电压维持在正常水平，从而提高风电机组电压故障穿越能力。最后，在MATLAB/Simulink仿真平台搭建双馈感应发电机和永磁同步电机模型，分别对电压对称跌落、不对称跌落与电压抬升进行仿真验证。仿真结果证明了所提故障穿越控制方法的有效性。