当期目录

2021年 第34卷 第12期 刊出日期：2021-12-15

  

基于新滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

仝兆景,郑权,韩耀飞,何国锋,秦紫霓

2021, 34(12):  1-6.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.001

摘要 ( 553 )   HTML ( 215 )   PDF (2018KB) ( 175 )  

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针对传统滑模观测器存在的抖振以及转子位置估计存在相位延迟的问题,文中提出一种新颖的变增益滑模观测器。在不同转速下,该滑模增益值可以随反电动势值进行调节,并使用反电动势观测器代替低通滤波器,减小了反电动势估计值含有的高频信号和抖振。文中建立了永磁同步电机无位置矢量控制系统仿真模型,对新型滑模观测器和传统滑模观测器进行比较。结果显示,新型滑膜观测器转速在稳态、加速和加载情况下的误差明显降低,证明所提出的新型滑模观测器抖振小,准确性更高。

基于Taguchi 方法的三相混合式步进电机电磁结构优化

方玲利,肖龙飞,毕超

2021, 34(12):  7-12.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.002

摘要 ( 259 )   HTML ( 98 )   PDF (1969KB) ( 56 )  

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混合式步进电机的齿层区域是其产生转矩的关键。为了实现特定性能,电机设计时需要选择适当的齿层几何形状。文中以梯形齿形状参数为优化对象,对电机进行电磁结构优化,以实现更高的转矩输出。以市场现有的一款三相混合式步进电机为样机,基于其结构参数,建立高效的三维有限元模型以产生优化的样本。然后,再结合Taguchi优化算法,以定转子的齿形状参数为优化设计变量,通过数值方法获取最佳梯形齿形结构,使电机输出转矩最大化。优化后,转矩最大化样机的转矩峰值提高了近25%,证明了该优化方案的有效性。

一种高功率因数无电解电容PMSM的设计与仿真

蒋凯文,金海,许参

2021, 34(12):  13-18.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.003

摘要 ( 681 )   HTML ( 97 )   PDF (809KB) ( 142 )  

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永磁同步电机成本低,寿命长,应用广泛。功率因数低、电流畸变率高是无电解电容应用所面临的难题。针对这一问题,文中通过对永磁同步电机功率因数的分析并基于矢量控制算法,提出了一种交轴相位补偿、直轴弱磁控制的策略,并在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型进行仿真实验。实验发现,在母线电压波动条件下,电机交轴、直轴电流对于波动的给定电流实现了跟随。对比传统矢量控制,文中提出的控制策略消除了电流与电压之间相位差,功率因数达到93.51%。仿真结果表明,相位补偿结合弱磁控制的策略可以有效提高功率因数,降低电机系统对电网的电磁污染。

电励磁集中式定子绕组同步电机的性能对比分析

彭兴来,李正

2021, 34(12):  19-24.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.004

摘要 ( 713 )   HTML ( 9 )   PDF (1366KB) ( 56 )  

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为了降低转矩波动,文中研究了不同槽/极比和气隙均匀程度对电机转矩波动的影响。分别在相同的尺寸、转速、激励情况下,对极数为12槽10极、18槽10极、30槽10极的电励磁集中式绕组电机进行性能分析。首先对不同的槽/极比的电机进行有限元分析,再对比分析电机气隙均匀程度对其齿槽转矩的影响。通过比较发现适当的槽/极比可以降低齿槽转矩和反电势的谐波含量,而且从齿槽转矩的大小来看,分数槽电机要低于整数槽电机。使用非均匀气隙可以减少气隙磁密谐波含量,从而进一步降低齿槽转矩,降低了转矩波动。经过有限元计算,分析了这3种电机的电感和对转矩的影响。最后,发现非均匀气隙对降低电机转矩波动的效果更明显,12/10电机转矩波动百分比从10.6%降到了4.2%。

一种基于宽带谱处理的机械系统故障检测方法

白兴宇,华生辉,姜煜,张敏

2021, 34(12):  25-29.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.005

摘要 ( 182 )   HTML ( 9 )   PDF (734KB) ( 36 )  

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针对机械系统运行状态监测问题,文中提出了一种基于宽带谱处理的机械系统故障检测方法。该方法基于干扰噪声抑制和声纹比对技术,根据干扰噪声源的特点,采用自相关去噪与小波去噪相结合的方法,对干扰噪声进行了有效的抑制。在此基础上,采用欧式距离分类器对采集到的声纹信号进行分类判决,从而更好地对机械系统故障声纹信号进行检测、提取和识别,实现了对机械系统运行状态的监测和故障检测。通过数值仿真对文中所提故障检测方法进行验证,仿真结果表明文中所提故障检测方法具有良好的检测性能。

基于Fluent的电机温度场计算

方鑫,吴尧辉,吴昊珍

2021, 34(12):  30-35.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.006

摘要 ( 1206 )   HTML ( 28 )   PDF (2314KB) ( 233 )  

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电机的温度场计算是电机设计中必不可少的一部分,电机的温升涉及到整个系统及相关设备运行的安全与稳定。文中根据电机参数建立电机电磁模型计算损耗,将损耗以热源密度的形式加载到电机二维模型中计算电机温度场。为了提高温升计算精度,根据电机结构特性采用等效热导热系数法处理电机气隙的热交换。仿真计算结果与实验数据对比分析验证了等效导热系数法计算温度场的精确性。利用Fluent软件采取单向耦合的方式,求解出二维温度场模型。最后通过实验取得的温度场数据对比仿真计算结果,验证了二维模型计算实验电机稳态温度场的准确性。

基于PSO-BP神经网络的风电功率备用容量估计模型

朱成名,魏云冰,蒋成成,朱健安

2021, 34(12):  36-41.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.007

摘要 ( 250 )   HTML ( 5 )   PDF (807KB) ( 38 )  

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针对风电波动性和随机性对电网调度带来影响,文中提出一种基于神经网络的风力发电功率备用容量估计模型。该模型通过粒子群算法优化BP神经网络中各连接层之间的权值来提高对未来风力发电的功率值的预测,并利用皮尔逊相关系数提取与预测误差正相关的影响因素,再使用多元线性回归方法将提取的影响因素关联起来进行风电功率的备用容量的计算。文中通过公开的比利时风电场实际运行数据进行算例分析,仿真结果表明有80%的预测误差在该模型的估计区间内,进一步验证了该模型的有效性。

基于集合经验模态分解和ARIMA-GRNN的负荷预测方法

王洪亮,陈新源,赵雨梦

2021, 34(12):  42-48.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.008

摘要 ( 250 )   HTML ( 10 )   PDF (944KB) ( 40 )  

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针对传统负荷预测方法难以兼顾电力负荷内在线性特征量与非线性特征量的问题,文中提出一种基于EEMD和ARIMA-GRNN的混合负荷预测模型方法。该方法采用EEMD法,将负荷数据分解成不存在模态混叠的IMF分量和余项。运用ARIMA模型算法对每个IMF分量进行线性预测,得到时间序列预测分量,并将其与原始数据相减得到其中的非线性分量。通过GRNN神经网络算法对非线性分量进行预测得到非线性分量的预测值,并将求得的线性预测分量和非线性预测分量相加得到最终的预测值。仿真实验表明,文中提出的基于EEMD和ARIMA-GRNN 的混合预测模型在预测精度和性能上均优于采用单一算法的负荷预测方法。

基于优化灰色傅里叶残差修正的中长期负荷预测

朱健安,魏云冰,朱鹏杰,蒋成成,朱成名

2021, 34(12):  49-55.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.009

摘要 ( 200 )   HTML ( 6 )   PDF (841KB) ( 47 )  

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针对电力系统中长期负荷预测精度不高的问题,文中提出改进粒子群优化的灰色傅里叶残差修正的中长期电力负荷预测模型。该模型利用三点平滑法对原始负荷数据进行预处理,削弱了异常值的影响。采用改进粒子群优化的灰色模型对原始负荷进行预测,解决了预测数据不足和预测精度不高的问题。通过傅里叶变换对预测误差进行修正,提高了预测精度。浙江某地区2013~2018年年度负荷预测结果显示,采用该方法后,平均负荷预测精度提高了1.94%,证明该模型在中长期负荷预测中具有较高的精度和可行性。

基于改进PCA+SVM的人脸识别系统

彭荣杰,彭亚雄,陆安江

2021, 34(12):  56-61.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.010

摘要 ( 611 )   HTML ( 23 )   PDF (1087KB) ( 85 )  

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PCA算法对数字图像处理人脸识别率不高,且无法处理人脸的非线性特征。针对这一问题,文中在原有PCA算法的基础上提出了基于KPCA并结合SVM的人脸识别研究方法。该方法通过利用核改进PCA后的KPCA算法的内部非线性核函数提取人脸面部轮廓,处理非线性特征数据并降低数据维数,有效减少特征数据存储所需的空间并提高了运算能力。然后,再结合SVM分类器进行分类识别,可较好地提高系统识别率。实验结果表明,文中所提算法在ORL人脸库中的识别率为95.16%,在Yale人脸库中识别率为95.10%。在MATLAB平台上搭建的系统能正确识别出人脸,证明了文中所提系统的可行性,为实际研究提供了参考。

一种改进ORB特征匹配的半稠密三维重建ORB-SLAM算法

陈文佑,章伟,史晓帆,宋芳

2021, 34(12):  62-67.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.011

摘要 ( 560 )   HTML ( 12 )   PDF (1589KB) ( 71 )  

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视觉SLAM技术的目标是建立完善的地图及估计更精确的相机位姿。为了构建更加详细完整的三维地图,文中提出一种改进ORB特征匹配的半稠密三维重建ORB-SLAM算法来实现环境稀疏三维点云地图的构建。所提方法在ORB-SLAM算法的基础上,增加半稠密建图线程,建立半稠密三维点云地图,利用SURF特征匹配算法尺度不变性的特点改进了ORB特征匹配。在TUM RGBD数据集中进行的仿真实验结果表明,与ORB-SLAM算法相比,采用改进ORB-SLAM算法建立的三维地图能更加直观地显示出环境中物体的轮廓,特征匹配精度也有所增加。最后,应用两组数据集验证了算法的一致性。

基于弱监督宫颈细胞图像的语义分割方法

张灿,陈玮,尹钟

2021, 34(12):  68-74.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.012

摘要 ( 344 )   HTML ( 10 )   PDF (1187KB) ( 59 )  

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基于弱监督标签的神经网络算法是医学领域的研究热点之一。针对医学领域缺少标签数据以及细胞质、细胞核分割不精确的问题,文中提出一种基于弱监督宫颈细胞图像的语义分割算法。该算法首先用无监督K-means作为标注函数生成细胞图像分割标签。然后,通过改进的Encoder-Decoder网络进行训练。文中引入CRF作为网络的最后一层以整合图片全局信息,优化分割结果。将标签及预测图像分3次进行优化训练以达到对细胞图像的像素级分类。在宫颈细胞图片数据集上对文中所提算法进行验证,实验结果表明,该算法具有良好的泛化能力,准确率高达96.7%。

针对偏差攻击的安全状态估计与检测

孙杨燕,周秀莹,任祝

2021, 34(12):  75-80.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.013

摘要 ( 237 )   HTML ( 5 )   PDF (819KB) ( 37 )  

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信息物理系统是集计算、通信和控制于一体的智能系统,可以实现网络和物理的深度协作。偏差攻击通过攻击信息物理系统中的运行数据,注入恒定虚假偏差数据,造成系统状态估计错误,影响系统正常运行。针对这一问题,文中利用基于最小迹原则的卡尔曼滤波状态估计器和t检测器相结合的攻击检测模型,对同一攻击场景下基于最优状态估计的系统量测残差进行偏差攻击的检测。对于虚假偏差数据的检测基于量测残差的观测值,根据目标观测函数的偏离来判断系统受到攻击,文中进一步提出目标观测函数的攻击检测阈值及基于假设检验的t检验方案。MATLAB仿真实例表明,该检验方案可以在短时间内发现偏差攻击的发生,检测率较传统检测方法提高2%以上,具有更强的鲁棒性。

三维流场测量中的微风量多传感器数据融合

肖欣招,刘建旭,伍国靖,付东翔

2021, 34(12):  81-86.  doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2021.12.014

摘要 ( 217 )   HTML ( 5 )   PDF (2062KB) ( 26 )  

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封闭三维空间的流场分布对通风系统设计至关重要。文中针对多个传感器组成的风速传感器阵列的测量数据处理,提出一种基于相关性函数-卡尔曼滤波算法的多传感器数据融合算法。对多个传感器测量的无效数据点,运用相关性判定方法,排除测量数据中的无效数据。然后将传感器标定输出数据和方差作为卡尔曼滤波的初始预估值和初始方差估计,进行多传感器数据的融合。与普通传感器标定的测量相比,通过该方法融合得到的风速数据测量误差更小。测量数据融合实验结果表明,该方法能有效提高测量精度,基于该数据处理方法得到的三维空间流场测量实验结果准确可靠。