综述·评论

• 多相电机容错运行技术综述

  罗翔宇;刘自程;王光宇;

  多相电机具有可靠性高、控制方式灵活、便于实现大功率运行等特点，适用于航空航天、船舶推进、电动汽车等可靠性要求较高的场合。容错运行是指当电机发生故障时，能够通过特殊的硬件结构或者控制策略使得电机继续运行，多相电机驱动系统的容错性能是其相较于传统三相驱动系统的一个明显优势。本文对近年来多相电机容错运行技术相关文献进行了归纳，将多相电机的容错拓扑分为电机本体拓扑与逆变器拓扑两个部分进行阐述，对基于矢量控制、直接转矩控制与模型预测控制的容错控制设计技术进行分类阐述，并对容错运行下电流的优化控制策略、PWM调制策略进行了分析总结。此外，将多相电机容错运行下的无速度传感器控制分为信号注入法与观测器法进行介绍并讨论。随后，对开展多相电机容错运行下参数辨识的必要性进行了讨论。最后，列举了多相电机容错运行的场景案例，总结了多相电机容错运行技术目前的研究现状，并对其未来发展方向做出了展望。

  2025年02期 No.494 1-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 1769K]
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控制理论与应用

• 考虑网压谐波的单相ANPC整流器H_∞-LS控制策略

  梅文庆;胡亮;刘浩然;

  单相有源中点箝位（Active Neutral-Point Clamped,ANPC）整流器电网侧等效电感的参数波动是导致控制对象模型不确定性的主要因素，这种不确定性会削弱系统的稳定性和适应性。为此，本研究从鲁棒控制的角度出发，设计了H_∞回路成形（H_∞-Loop Shaping,H_∞-LS）直接电流控制方法。该方法通过在电流控制回路中增加补偿器，构建出理想的系统幅频特性曲线模型，并在这一过程中，对目标控制系统进行了规范化的互质因式分解，进一步归纳出一个针对互质因式摄动模型的H_∞问题；此外，针对电网侧电压畸变或电压采样误差，引入了改进的二阶广义积分器来构建虚拟信号。通过实验平台的对比实验验证了所提出的H_∞-LS控制策略可以在电感参数变化30%情况下，将电流波动减小约50%，增强了ANPC整流器系统对电网侧电感参数变化的适应性。

  2025年02期 No.494 14-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1819K]
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• 考虑通信时延的虚拟轨道列车虚拟联挂动态事件触发控制

  周文清;杨蔡进;陆野;李道洋;张卫华;

  无线通信网络下通过列车间协同控制实现的虚拟联挂技术，能够有效应对客流周期性和随机性，已逐步成为运行控制领域的研究热点。然而，无线网络的通信时延问题会导致列车间信息交互的延迟，使虚拟联挂稳定性下降，甚至造成列车碰撞，威胁行车安全。为提升虚拟轨道列车虚拟联挂技术在复杂交通环境下的工程应用能力，文章考虑无线通信中广泛存在的通信时延问题，从优化控制器通信传输机制的角度，提出了一种虚拟联挂动态事件触发控制器。首先，构建了列车群组的异构节点动力学模型和通信网络的时变时延模型，根据列车群组的巡航特性和控制器通信机制设定了控制目标；然后，设计一致性控制协议并提出一种改进的动态事件触发机制，使触发阈值根据通信时延情况动态调整；最后，针对虚拟联挂过程中群组建立和稳定巡航的应用场景，对现有固定参数的事件触发机制和所提出的动态事件触发机制进行了对比仿真验证。仿真结果表明，所提出的动态事件触发控制器能够根据通信时延情况改变状态反馈和控制更新频率，对比现有事件触发机制，不仅提升了高动态链路下的系统稳定性，而且通信和控制更新频次更低，通信次数在现有固定参数事件触发机制的基础上进一步降低约50%，全局通信占用率降低5～12个百分点，有利于降低列车能耗。

  2025年02期 No.494 22-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1455K]
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• 基于模糊滑模的LLC谐振变换器自抗扰控制策略

  李玉东;王福豪;

  为解决LLC谐振变换器采用传统PID控制时抗干扰能力与动态性能较弱的问题，文章提出了一种基于模糊滑模的自抗扰控制策略。首先，对LLC谐振变换器建立数学模型，设计二阶线性扩张状态观测器（Linear Expanded State Observer,LESO），利用LESO实时估计系统误差扰动，以优化反馈控制；然后，将模糊控制引入滑模结构中，设计模糊推理规则，根据系统的运行状态，对误差信号进行模糊推理，并根据系统平衡点和滑模面之间的距离调整趋近率的参数，实时调节滑模收敛速度；最后，搭建一个500 W的LLC谐振变换器实验样机进行验证。实验结果表明，本文所提出的控制策略在变换器受到负载突增和突减的扰动时，输出电压的调节时间相对于PID的分别缩短了4.3 ms和3 ms，并且输出电压的超调量分别减小了1.31个百分点和1.07个百分点，具有较好的动态响应性能，验证了所提控制策略的正确性和有效性。

  2025年02期 No.494 30-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1479K]
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• 水下机械手柔顺操作模型参考自适应阻抗控制研究

  李沙沙;夏满江;张建军;

  针对水下机械手在多样化操作任务中因关节摩擦与测量不精确导致的模型不确定性问题，文章提出了一种模型参考自适应阻抗控制方法，以提高系统的鲁棒性与操作稳定性。首先，设计了基于标准力与操作力误差的期望阻抗模型，并根据操作空间位置与阻抗模型输出期望位置设计了自适应律及“有界-增益-遗忘”自适应更新策略，实现了机械手末端操作力对标准力信号的精确跟踪；随后，通过设计李雅普诺夫函数证明了系统的全局稳定性以及力和位置的跟踪性能；最后，在Matlab/Simulink平台上进行了二自由度机械手的仿真实验。实验结果表明，所设计的控制器具有良好的自适应性能和鲁棒性，确保了力和位置跟踪的优异性能。

  2025年02期 No.494 38-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1407K]
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• 基于LTV-MPC的电动车辆轨迹跟踪与横摆稳定性控制研究

  高振飞;

  针对转向工况下分布式电驱动车辆实时的轨迹跟踪与横摆稳定性控制，文章基于线性时变模型预测控制（LTV-MPC）进行研究。首先将非线性车辆动力学模型通过局部线性化转化为线性模型；然后设计了考虑多个控制目标的优化函数，包括考虑横向位置、横摆角的轨迹跟踪控制目标与考虑横摆角速度、质心侧偏角的横摆稳定性控制目标以及考虑纵向速度的动力性控制目标，并将轮胎侧偏角设为软约束以避免侧向力饱和，通过优化前轮转角、总纵向驱动力和额外横摆力矩实现了对车辆的运动控制；最后，基于CarSim/Simulink和NI PXI系统联合仿真平台验证了所提控制策略的有效性与实时性。仿真结果表明，在横摆角、纵向速度、前轮转角等关键参数响应时间几乎一样的情况下，基于LTV-MPC控制方法得到的轨迹跟踪误差与离线控制得到的相差不大，但是基于LTV-MPC控制方法得到的车辆横摆角幅值比离线控制得到的幅值小20%左右，这说明LTV-MPC控制方法可以更好地保证车辆的横摆稳定性。

  2025年02期 No.494 45-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 1493K]
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人工智能技术与应用

• 基于RSA-YOLOv10n的列车风管卡夹检测算法

  王岱融;赵雨虹;屈小章;刘翊;

  针对列车检测工作中因环境昏暗、检测目标细小等因素导致风管卡夹检测精确度不足、检测效率低等问题，文章基于收集的列车风管卡夹数据集提出了一种基于RSA-YOLOv10n的检测算法。首先，为更好地捕捉图像中的不同特征，基于YOLOv10n模型将Conv卷积修改为RepConv卷积，自适应地调整卷积核的表示能力；其次，为提高模型对重要信息的敏感性，在Neck层增加StokenAttention注意力机制，能够使模型检测动态地聚焦于图像中的关键区域；最后，通过自标注的上千张列车风管卡夹图片的数据集进行实验，得到RSA-YOLOv10n模型的mAP@50%、mAP@95%、精确度及召回率分别为98.7%、75.1%、97.3%和96.6%，相较于YOLOv10n模型的分别提升了0.2、0.8、0.2和0.3个百分点；RSA-YOLOv10n模型在模型大小、GFLOPs、函数损失值等参数持平于YOLOv10n模型的情况下大大提高了模型的FPS值。通过消融实验及与YOLOv3-tiny、YOLOv5n、YOLOv8n等模型的对比实验，分析验证了本文所提检测算法在综合精确度、召回率及检测时间等指标方面存在更大优势，适合在列车风管卡夹检测领域进行推广，对列车装置部件检测的技术发展具有重大意义。

  2025年02期 No.494 54-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1583K]
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• 端边云一体化智慧地铁列车司乘监测系统设计

  冯建;方鹏;赵海波;张明帅;

  随着城市轨道交通向智能化转型，智慧乘务管理成为提升运营安全性和效率的关键。针对现有乘务管理中司机违规操作和乘客异常状态监测功能缺失的问题，文章提出了一种端边云一体化的智慧地铁列车司乘监测系统。该系统由状态感知端层、智能分析边层和监控管理云层组成，并采用基于深度学习技术的InsightFace和YOLOv5目标检测模型进行司机身份认证，以及疲劳驾驶、分心驾驶等违规行为和客室异常状态的检测。系统根据司机违规行为对安全行车的影响程度设定差异化的安全约束因子和惩罚机制，以量化违规行为的安全风险并指导响应措施。当检测到违规情况时，系统通过车载语音报警系统提醒司机，以期在问题初期进行干预；若告警持续，信息将上传至云层，触发地面乘务人员的人工干预。此外，监控管理云层构建了涵盖所有列车及司机的全驾驶周期作业数据库，为智慧乘务管理提供数据支撑。装车试验结果表明，该系统能有效监测各类安全驾驶隐患，显著提升乘务管理的规范性和安全性。

  2025年02期 No.494 65-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1614K]
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• 基于LKJ-15的经纬度轨道电子地图生成方法的研究

  胡鹏;张家欢;王博;

  经纬度轨道电子地图是基于卫星的列车运行控制系统定位计算的基础，为满足定位算法和设备存储量的要求，需对线路经纬度数据进行采集，并处理生成相匹配的轨道电子地图。文章基于北斗定位的LKJ-15系统，实现线路经纬度数据的无感采集；结合LKJ基础数据、LKJ运行文件和定位数据获取列车运行轨迹经纬度；采用正交最小二乘法对线路进行分段拟合，并根据数据拟合结果按算法要求生成电子地图。以朔黄铁路东线上行太师庄-河间区间的实测数据进行应用，拟合数据最大误差小于60 cm，这表明采用该方法生成的轨道电子地图可满足列车厘米级定位的精度要求。

  2025年02期 No.494 73-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1360K]
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电力与传动控制

• 汽车电驱系统旋转变压器软件解码误差补偿方法研究

  郭志大;陈致初;唐雄辉;刘旺;李靖;谌卓玲;

  针对汽车电驱系统DSADC(Delta-Sigma Analog-to-Digital Converter)旋转变压器软件解码过程中的角度误差问题，文章分析了旋转变压器软件解码积分起始时刻对解码角度的影响，建立了积分起始时刻与解码角度误差的数学模型，推导了不同积分起始时刻的角度误差解析表达式，证明了积分起始时刻与解码角度误差成正比关系；并提出一种基于转速归一化的全转速范围角度误差补偿方法。通过在dsPACE的HIL实验平台仿真验证，该方法可以有效补偿由于积分时刻不同引起的角度误差，解决了旋变软解码在大批量生产过程中由器件参数差异导致的产品性能不一致问题。

  2025年02期 No.494 80-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1456K]
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• 电动ROV控制系统研究

  杜凯冰;刘浩平;杨鸣远;彭勃;

  电动ROV系统以电动推进器作为动力源，比传统的液压式ROV对海洋环境更为友好。文章设计了一种电动ROV系统的水面-水下控制系统及其推进器控制方法。其水下控制器基于Ethernet与推进器驱动系统进行通信，以控制推进器运动，并将各电动推进器实时状态反馈给水面控制器；电动推进器由DC-DC电能变换器供电并由控制器进行能量管理调控。文章结合电动ROV系统推进器实际工作情况，从ROV动力学方程出发分析了ROV运动控制过程，在水中测试了电动ROV在手动模式下各推进器对控制指令响应情况，并基于实验分析了ROV速度、电动推进器转速与输入级位的对应关系。水池测试结果表明，该电动ROV系统控制方法能按照设计目标控制电动ROV运动。

  2025年02期 No.494 86-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1440K]
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• IGCT门极驱动用高压隔离多输出电源的设计

  陈修林;王三虎;邹扬举;

  针对开环高隔离多路输出电源存在轻载输出电压飘高及交叉调整率差的问题，文章首先采用绕组分开布置和磁芯投影重合方式降低了变压器的分布电容和漏感；然后基于基波分析法分析了变压器分布电容对变换器增益的影响，并利用串联补偿降低变压器漏感对增益的影响，形成非对称结构的CLLC谐振变换器；最后研制了一台4路隔离输出、总功率420 W的电源样机。测试结果表明，变压器原次边满足AC 18 kV隔离，全负载范围电源输出电压精度可控制在±10%，故障模式下故障支路主动关闭输出、正常支路正常工作，验证了本文所提设计方案的正确性。

  2025年02期 No.494 91-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 1495K]
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通信与信号技术

• 列车自主运行控制系统集成仿真测试系统研究

  王志伟;方凯;杨培民;谢星;朱亨国;

  针对列车自主运行控制系统集成仿真测试中对于系统运行支撑环境、测试激励和故障注入的测试需求，根据城市轨道交通列车自主运行控制系统的特点、构成和基本原理，以系统集成仿真测试为核心目标，建立了包括线路轨旁仿真系统、车辆仿真系统、站台门仿真系统、综合监控仿真系统、通信仿真系统等在内的半实物仿真试验环境，并通过接入被试系统设备构成了针对列车自主运行控制系统的集成仿真测试系统。该集成仿真测试系统具有集成测试验证、故障注入测试和运营场景验证等功能。经实际项目的试验应用证明，该集成仿真测试系统功能完整、合理、有效，能够为列车自主运行控制系统提供功能全面、仿真程度高的测试和验证环境。

  2025年02期 No.494 97-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1342K]
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• 基于北斗差分定位和计算机联锁的LKJ-15C列车运行进路智能感知技术研究

  苏天祺;张旭;王博;

  机车运行前方线路存在支线或侧线时，列车运行监控装置（LKJ）需根据当前支线号或侧线号检索进路数据，从而计算列车制动曲线，控制机车运行。目前，LKJ的支线号和侧线号均为司机人工输入，存在漏输和误输的情况，导致出现列车冒进、超速等风险。因此，文章提出一种基于北斗差分定位和计算机联锁的LKJ-15C列车进路自动识别的方法，其通过北斗定位技术获取列车位置，并结合站场联锁信息实现列车前方进路的自动识别。仿真和现场试验结果显示，采用此方法后，列车定位精度在1 m内、进路自动识别准确率达97.3%。可见，该列车进路自动识别方法具有较高的准确性和可行性，能够有效避免人工输入产生的风险，在保证安全性的同时，提高了运行效率。

  2025年02期 No.494 104-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1396K]
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• ARINC方法在城轨信号系统可靠性分配中的应用

  徐征捷;

  在城轨工程信号项目设计初期，由于缺少完备的失效统计数据，通常会出现可靠性分配结果不合理的问题。针对这一问题，文章采用影响行车服务的故障（Service Affecting Failure, SAF）评价指标建立故障一览表，提出了一种基于ARINC(Aeronautical Radio Incorporation)方法的可靠性分配方法。本文以城轨工程项目信号系统为例，首先，对工程项目涉及的信号系统制定故障一览表，以确定可能对系统可用性产生潜在影响的故障场景；其次，对城轨项目信号系统进行可靠性分配建模；最后，采用ARINC方法对城轨项目信号系统可靠性指标进行分配。研究结果表明：利用ARINC方法可以实现对城轨项目信号系统可靠性指标的合理分配，使系统可用性目标被分配给有助于运营的子系统，且能够为故障危害相对较小的子系统分配更低的可靠性指标，分配结果与产品的实际可靠性指标较接近。

  2025年02期 No.494 110-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 1190K]
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传感技术

• 压电式振动传感器设计优化与动态特性研究

  姚福龙;郑华雄;任浩;刘丹;陈浩;周冲;

  随着列车运行速度的提高，对列车各部件的安全、稳定运行提出越来越高的要求，用于走行部关键部件健康监测的振动传感器应运而生。受限于列车振动传感器苛刻的使用环境及兼容现有传感器安装接口，现有压电式振动传感器频率范围较小，为此，本文提出一款具有较宽频率特性高速列车电机健康监测用压电式振动传感器。从扩展传感器频率特性及低噪声传感器需求角度考虑，本方案设计中压电材料装配采用剪切型结构，通过外形优化确保产品结构具有较高的固有频率；并对压电传感器信号处理电路设计及噪声优化设计进行分析，对传感器优化动态特性提出有效的方法；最后通过测试表明优化后的压电振动传感器频响范围可提升至8 kHz，满足现有高速列车高频域振动测试需求。

  2025年02期 No.494 115-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 1407K]
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• 大量程光伏组串电流传感器关键热分析技术的研究与应用

  任浩;张诚;王雷;金波;刘丹;

  随着光伏组串式逆变器功率的不断提升，对最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking,MPPT）侧电流传感器的热设计提出了更高要求。为了解决铜排在MPPT侧电流传感器中的发热问题，文章基于传热学原理和铜排的电热耦合特性，建立了精确的数学模型，并提出了一种铜排温升的理论计算方法。首先，利用ANSYS有限元分析软件，建立了铜排的热仿真模型，对铜排温升进行了数值模拟；然后，搭建了实验平台，对铜排实际温升进行了测量。通过对比理论计算结果、仿真结果和实验数据，发现三者具有良好的一致性，最大误差控制在3%以内。这表明本文提出的热模型和理论计算方法是准确、可靠的，可为大量程电流传感器的热设计提供重要参考。

  2025年02期 No.494 121-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1575K]
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