《電工技術(shù)學報》2019年度優(yōu)秀論文獲獎論文簡報
《光伏發(fā)電出力預測技術(shù)研究綜述》等15篇優(yōu)秀論文入選《電工技術(shù)學報》2019年度優(yōu)秀論文，榮獲華夏電工技術(shù)學會表彰。現(xiàn)將部分獲獎論文得文章簡報分享給各位讀者，以期促進本領(lǐng)域得技術(shù)交流。
傳統(tǒng)偏差耦合多電機同步控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)得跟蹤性能與同步性能相互耦合，難以兼顧，尤其在多電機系統(tǒng)起動階段，轉(zhuǎn)速同步誤差較大。針對以上問題，感謝運用線性系統(tǒng)校正原理設(shè)計了改進型偏差耦合控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了系統(tǒng)得同步性能與跟蹤性能得解耦調(diào)節(jié)，有效提升了系統(tǒng)起動階段得性能。
團隊介紹
天津工業(yè)大學“高效能電機系統(tǒng)智能設(shè)計與制造”China地方聯(lián)合工程研究中心緊密圍繞China和天津市在智能制造領(lǐng)域得戰(zhàn)略部署和主攻方向，發(fā)揮在技術(shù)創(chuàng)新層面得主導作用，開展高效能電機系統(tǒng)智能設(shè)計與制造領(lǐng)域得前瞻性研究。中心設(shè)立了高效能電機系統(tǒng)智能設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高效能電機系統(tǒng)電力電子變流與驅(qū)動、高效能電機系統(tǒng)實時檢測與智能控制、高效能電機系統(tǒng)智能制造與產(chǎn)業(yè)化應用等主要發(fā)展方向，通過開展產(chǎn)學研合作交流，提升高效能電機系統(tǒng)領(lǐng)域先進材料、工藝及配套技術(shù)得工程化與產(chǎn)業(yè)化，力求解決國內(nèi)高效能電機系統(tǒng)設(shè)計、控制及制造面臨得瓶頸問題。
耿強
1978出生，教授，博士生導師，入選天津市“131創(chuàng)新型人才培養(yǎng)工程”、天津市高校“中青年骨干創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃”；擔任華夏電工技術(shù)學會電控系統(tǒng)與裝置專委會委員、華夏自動化學會電氣自動化專委會委員、China自然科學基金通訊評議可能等。主持China自然科學基金面上項目、天津市自然科學基金重點項目、天津市教委科研計劃重點項目等；作為主要參加人參與China自然科學基金重大項目、科技部973計劃項目、China自然科學基金面上項目、華夏工程院研究重大項目等。研究成果發(fā)表SCI/EI收錄論文40余篇；授權(quán)發(fā)明專利20余項；獲省部級科技特等獎1項、一等獎3項。
研究背景
圖1 傳統(tǒng)偏差耦合控制結(jié)構(gòu)示意圖
偏差耦合控制結(jié)構(gòu)因可靠性好、耦合程度高、可控電機數(shù)量多而被廣泛用于多電機轉(zhuǎn)速同步控制場合。但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要將系統(tǒng)中所有電機得速度信號分別輸入到各自電機前端補償模塊中進行相關(guān)運算，轉(zhuǎn)速補償機制較為復雜；并且由于轉(zhuǎn)速環(huán)控制器參數(shù)得選擇會同時影響系統(tǒng)得跟蹤性能與同步性能，所以在保證系統(tǒng)快速性與穩(wěn)定性得前提下難以同時兼顧系統(tǒng)得同步性能。
論文方法及創(chuàng)新點
感謝提出了一種結(jié)構(gòu)較為簡單，同步性能較好得改進型偏差耦合控制結(jié)構(gòu)，為簡化分析，忽略電流環(huán)延遲和測速延遲，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 改進型偏差耦合控制結(jié)構(gòu)示意圖
所提改進型偏差耦合結(jié)構(gòu)下得多電機系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：轉(zhuǎn)速環(huán)控制器、同步誤差補償器以及多電機系統(tǒng)。對于多電機系統(tǒng)而言，為簡化分析，將系統(tǒng)中每臺電機得傳遞函數(shù)視為積分環(huán)節(jié)，經(jīng)推導可得任意兩臺電機之間得同步誤差為
為了得到改進型偏差耦合結(jié)構(gòu)在不同HP與HI得參數(shù)取值下，系統(tǒng)同步性能得動態(tài)性能，以改進型偏差耦合結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，進行3臺永磁同步電機得仿真，結(jié)果如圖3所示。
圖3 改進偏差耦合結(jié)構(gòu)動態(tài)性能仿真
由圖中可以看出，當3臺電機所帶負載不同時，無論是起動階段還是負載突變階段，系統(tǒng)同步誤差峰值隨著HP與HI得增大而逐漸減小，但同步誤差調(diào)節(jié)時間卻隨著HP得增大而增大；在起動階段，由于選擇輸出器得作用，調(diào)節(jié)時間隨HP與HI得變化較為復雜，當HP比HI為某一較小比值時，調(diào)節(jié)時間較短。
依據(jù)上述理論分析與仿真結(jié)果，對系統(tǒng)參數(shù)進行了整定，并搭建了多電機實驗平臺進行實驗驗證，實驗平臺和起動階段實驗結(jié)果分別如圖4、圖5所示。
圖4 多電機實驗平臺
圖5 兩種結(jié)構(gòu)在起動過程中得輸出轉(zhuǎn)速與同步誤差
由圖5（a）可以看出，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，改進結(jié)構(gòu)得3臺電機得調(diào)節(jié)時間保持不變；由圖5（b）可以看出，在電機起動瞬間，改進結(jié)構(gòu)得同步誤差蕞大值相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，縮小了約20%；并且，同步誤差調(diào)節(jié)時間相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也減小了約20%。
結(jié)論
感謝所設(shè)計得改進型偏差耦合結(jié)構(gòu)適用于3臺及以上電機且對同步性能有較高要求得多電機協(xié)同控制系統(tǒng)，其特點如下：
（1）設(shè)計了新型多電機系統(tǒng)偏差耦合控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了系統(tǒng)同步性能與跟蹤性能得解耦調(diào)節(jié)；
（2）采用比例-積分控制得同步誤差補償器替代了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中只含比例控制得轉(zhuǎn)速補償環(huán)節(jié)，減少了誤差得調(diào)節(jié)時間，使用自身轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)速作為輸入量，相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減少了在線計算量；
（3）在轉(zhuǎn)速環(huán)控制器中增加了選擇輸出器，電機負載不均起動時，在同步誤差比例補償量與限幅量得參與下，將轉(zhuǎn)速環(huán)比例部分補償量進行在線調(diào)節(jié)去飽和（使之小于限幅值），然后經(jīng)同步補償作用，使得平均轉(zhuǎn)速以下得重載電機參考轉(zhuǎn)矩相對較大，平均轉(zhuǎn)速以上得輕載電機參考轉(zhuǎn)矩相對較小，從而減小了起動階段系統(tǒng)得同步誤差。
引用感謝
耿強, 王少煒, 周湛清, 史婷娜, 夏長亮. 改進型偏差耦合多電機轉(zhuǎn)速同步控制[J]. 電工技術(shù)學報, 2019, 34(3): 474-482. Geng Qiang, Wang Shaowei, Zhou Zhanqing, Shi Tingna, Xia Changliang. Multi-Motor Speed Synchronous Control based onImproved Relative Coupling Structure. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(3): 474-482.
