朱斌博士个人简历和研究
宽范围输入三电平半桥LLC变换器混合控制
第28卷㊀第2期2024年2月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.28No.2Feb.2024㊀㊀㊀㊀㊀㊀宽范围输入三电平半桥LLC 变换器混合控制胡存刚1,㊀刘威1,㊀朱文杰1,㊀张治国2,㊀李善庆2(1.安徽大学电气工程与自动化学院,安徽合肥230601;2.合肥华耀电子工业有限公司,安徽合肥230088)摘㊀要:针对传统变频(PFM )控制的LLC 谐振变换器在宽电压输入条件下效率低的问题,提出一种三电平半桥LLC 谐振变换器的变频-移相(PFM-PS )混合控制策略㊂首先,分析三电平半桥LLC 谐振变换器的工作模态,建立其等效模型,获得了移相控制和变频控制下的电压增益曲线㊂其次,分析了变频控制的工作区间与软开关特性,推导得到了移相控制下实现软开关的最小占空比㊂通过混合控制策略,在升压时采用变频控制和在降压时采用移相控制,相较于全变频控制和全移相控制,混合控制可在较小频率变化范围内对电压进行升降压,在全增益范围内实现软开关,获得较宽的电压增益范围,提升了变换器的效率㊂最后,通过仿真和输入500~800V /4.5kW 实验样机验证了所提出混合控制策略的有效性㊂关键词:谐振变换器;变频控制;电压增益;混合控制;宽电压DOI :10.15938/j.emc.2024.02.012中图分类号:TM46文献标志码:A文章编号:1007-449X(2024)02-0120-09㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-07-18基金项目:安徽省自然科学基金杰青项目(2108085J24);安徽省自然科学基金青年项目(2108085QE239);安徽省高校自然科学研究项目(KJ2020A0031)作者简介:胡存刚(1978 ),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为电力电子技术㊁新能源汽车电驱动和智能电源;刘㊀威(1998 ),男,硕士,研究方向为高功率密度谐振变换器;朱文杰(1987 ),男,博士,讲师,研究方向为功率变换器建模与控制;张治国(1985 ),男,博士,高级工程师,研究方向为高功率密度模块电源;李善庆(1966 ),男,研究员级高级工程师,研究方向为功率电源与集成设计㊂通信作者:朱文杰Hybrid control strategy of three-level half bridge LLC converterwith wide input voltage rangeHU Cungang 1,㊀LIU Wei 1,㊀ZHU Wenjie 1,㊀ZHANG Zhiguo 2,㊀LI Shanqing 2(1.School of Electrical Engineering and Automation,Anhui University,Hefei 230601,China;2.ECU Electronics Industrial Co.,Ltd.,Hefei 230088,China)Abstract :Aiming at the low efficiency of traditional pulse frequency modulation(PFM)method in LLCresonant converters under wide voltage input conditions,the hybrid control strategy of pulse frequency modulation-phase shifting (PFM-PS)was proposed.The working modes of the three-level half-bridge LLC resonant converter were analyzed,and the model was established firstly.Voltage gain range curves of PFM and PS method were obtained.Then the working conditions and soft switching were analyzed.The minimum duty cycle of PS method was derived to achieve ZVS.The hybrid control was proposed with PFM and PS used in voltage step up and step down mode pared with only PFM or PS method,the hybrid control has ability of voltage step-up or step-down in small frequency range.A wide voltage gain range is realized through hybrid control,which improves the overall efficiency of the convert-er.Finally,the feasibility of the proposed hybrid control strategy is verified by simulation and input500-800V /4.5kW experimental platform.Keywords:resonant converter;variable frequency control;voltage gain;hybrid control;wide voltage0㊀引㊀言近年来,随着新能源技术的不断发展,对电能转换模块的要求越来越高,LLC谐振变换器凭借其结构简单㊁软开关特性明显和功率密度大等特点,相比于其他的隔离型变换器拓扑更具有优势[1-5],在电动汽车充电㊁低压直流用电㊁分布式光伏发电等领域有广泛的应用㊂随着LLC谐振变换器应用前景的日渐广阔,有大量的文献对LLC谐振变换器进行研究㊂文献[6]将交错级联结构应用于LLC上,通过多模式的变频控制来增加变换器的增益范围,这种结构虽然在较窄的频带范围内实现了较宽的增益,但是交错并联的结构同样带来了均流的问题,实现过程比较复杂㊂文献[7]提出一种改进型LLC谐振变换器,在传统LLC谐振变换器的基础上,将副边的2个二极管替换成2个开关管,通过副边开关管的交叠导通来增加整个变换器的增益范围,整体采用定频控制,这种增加开关管数目的方式虽然能实现扩展增益目的,但控制更加复杂,且相同电压输入下较三电平LLC 变换器原边开关管承受的电压应力更高㊂文献[8]提出复合式全桥三电平拓扑,采用定频控制,在低电压增益模式时工作在3L模式,在高电压增益模式时工作在2L模式,这种虽然能实现较宽的电压输入范围,但是开关管数目多,控制复杂㊂文献[9]将移相控制(phase shift,PS)引入混合型全桥LLC拓扑,实现了3倍的输出电压范围,但是其结构复杂,工作状态较多分析难度大㊂文献[10]将变频-移相控制方式应用在双向LLC谐振变换器中,使得LLC谐振变换器在拥有宽电压增益的同时,实现原边的ZVS㊁副边的ZCS以及能量的双向流动,但双向的结构复杂且控制难度大㊂文献[11]将T型三电平拓扑引入LLC谐振变换器,将变频控制,移相控制变模态控制等多种控制方式混合,实现了8倍的超高电压增益比,但是开关管数目多,且控制方式复杂㊂文献[12]设计一种在高电压增益时采用变频(pulse frequency modulation,PFM)控制,在低电压增益时采用移相斩波控制(PS-PWM)的LLC谐振变换器,这种控制虽然实现较宽的电压输入范围,但是变换器工作在PS-PWM模式下时占空比减小,效率降低㊂本文采用三电平半桥LLC拓扑,将移相和变频两种控制方式引入,并对其控制方式软开关实施条件进行分析,保证变换器在全增益范围内实现软开关,同时考虑软启动过程㊂实现较宽范围输入电压的同时,保证一次侧开关管ZVS和二次侧整流管ZCS,同时极大地抑制启动时的浪涌电流,保护开关管,提高变换器整体效率㊂1㊀三电平半桥LLC基本特性1.1㊀拓扑结构和原理图1为三电平半桥LLC谐振变换器结构,4个开关管Q1~Q4(包括体二极管D1~D4和寄生电容C1~C4),直流母线电容C d1㊁C d2,钳位二极管D5㊁D6和飞跨电容C ss1,谐振电感L r,谐振电容C r,励磁电感L m构成谐振腔;T是高频变压器,D r1~D r4是输出整流二极管,C o是输出滤波电容,R L是负载㊂图1㊀三电平半桥LLC拓扑Fig.1㊀Three-level half-bridge LLC topology本文采用移相控制和变频控制两种方式混合的控制方法,为了方便分析两种控制方式的工作过程,进行以下假设:1)所有元器件都为理想器件;2)输出电容C o足够大,输出电压恒定,母线电容C d1㊁C d2和飞跨电容C ss1也足够大,他们的电压均为0.5V in;3)开关管的电流在其开/关瞬态期间是恒定的;4)开关管寄生电容C1=C2=C3=C4=C oss㊂移相控制和变频控制的主要波形分别如图2和图3所示㊂以移相控制的关键波形为例来具体分析,三电平半桥LLC的工作原理和各模态的工作过程如下:模态0(t0~t1):t0时刻Q3寄生电容C3电压上升至V in/2,Q2寄生电容C2两端电压下降为0,为Q2零121第2期胡存刚等:宽范围输入三电平半桥LLC变换器混合控制电压开通提供条件㊂谐振腔输入电压u ab 为V in /2,谐振电感L r 和谐振电容C r 参与谐振,励磁电感L m 两端电压被副边电压钳位为nV o ,励磁电流i L m 线性上升,谐振电流i L r 经体二极管D 1㊁D 2续流㊂图2㊀移相控制波形Fig.2㊀Waveform of PScontrol图3㊀变频控制波形Fig.3㊀Waveform of PFM control模态1(t 1~t 2):t 1时刻,谐振电流i L r 由负变正,体二极管D 1㊁D 2自然关断,谐振电流正向流过开关管Q 1㊁Q 2,励磁电流为负,谐振电感L r 和谐振电容C r 参与谐振㊂模态2(t 1~t 2):t 2时刻励磁电流i L m 由负变正,与谐振电流i L r 同向且继续增加㊂模态3(t 3~t 4):t 3时刻,Q 1关断,谐振电流i L r 对Q 1寄生电容C 1充电,Q 4寄生电容C 4放电㊂谐振电感L r 和谐振电容C r 继续谐振,励磁电流i L m 继续上升㊂直至Q 1寄生电容C 1两端电压上升为V in /2,寄生电容C 4两端电压下降为0,体二极管D 4导通,为下一时刻开关管Q 4零电压开通提供条件㊂模态4(t 4~t 5):t 4时刻,Q 4开通,寄生电容C 1两端电压上升为V in /2,二极管D 5导通,飞跨电容C ss1两端电压被固定在V in /2,并通过开关管Q 2和体二极管D 4给谐振腔供电㊂谐振电流i L r 减小,励磁电流i L m 增大,直至i L r =i L m ㊂模态5(t 5~t 6):t 5时刻,励磁电流等于谐振电流,通过二极管D r1和D r4的电流为0㊂D r1和D r4零电流关断,二次侧与一次侧分开,负载由输出电容提供㊂L r ㊁L m 和C r 同时参与谐振㊂由于励磁电感L m 很大,在此阶段电流可近似认为不变㊂模态6(t 6~t 7):t 6时刻,Q 2关断,谐振电流i L r 经飞跨电容C ss1对寄生电容C 2充电,对寄生电容C 3放电,直至寄生电容C 2两端电压上升为V in /2,寄生电容C 3两端电压降为0,体二极管D 3导通,为下一时刻开关管Q 3零电压开通提供条件㊂1.2㊀电压增益分析为了实现较高的工作效率LLC 谐振变换器常工作在谐振点附近,因此采用基波分析法(first har-monic approximation,FHA),即只考虑基波传输能量的情况,将半桥三电平LLC 变换器的拓扑结构进行简化,逆变桥输出交流方波u ab 作为输入,保留谐振腔部分,负载和整流桥部分折算到原边的等效电阻为R ac ,简化后的拓扑如图4所示㊂图4㊀LLC 谐振变换器等效模型Fig.4㊀Equivalent model of LLC converter变频模式下,u i 和u o 分别为开关频率基波输入㊁输出的有效值,V o 为输出电压,n 为变压器变比,R ac 为等效电阻,各参数计算如下:㊀㊀㊀㊀㊀u i =2πV in;(1)㊀㊀㊀㊀㊀u o =22πnV o ;(2)㊀㊀㊀㊀㊀R ac=8n 2π2R L ㊂(3)结合图4在S 域下有Z in (s )s =j ω=L r s +1C r s +L m sR ac L m s +R ac㊂(4)则传递函数为H (s )s =j ω=u ou i=L m s //R acL r s +1C r s+L m s //R ac㊂(5)221电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀结合式(3)~式(5),并定义M PFM =nV o /(V in /2),则变频控制增益为M PFM =|H (s )|=1[1+1k (1-1f 2n)]2+(f n -1f n )2Q 2㊂(6)式中:归一化频率f n 为开关频率与谐振频率之比,f n =f s /f r ,f r =1/2πL r C r ;k 为励磁电感与谐振电感之比,k =L m /L r ;Q 为品质因数,Q =L r /C r /R ac ㊂根据式(6),当k =5时,在MATLAB 中可以得到变频控制的电压增益曲线,如图5(a)所示㊂图5㊀LLC 谐振变换器电压增益Fig.5㊀LLC resonant converter voltage gain移相模式下,三电平桥臂输出的交流方波表达式[13]为U ab (t )=ðɕn =1V inn πK Tsin nωs t ㊂(7)其中K T =cosn π(1-D )2-cos n π(1+D )2㊂基波角频率为ωs ,其基波分量为U ab1(t )=Vin πK T sin ωs t ㊂(8)输出电压增益与占空比D 的关系为M PS =u i V i /2=sin πD2㊂(9)根据式(9)在MATLAB 中得到移相控制的电压增益曲线,如图5(b)所示㊂2㊀软开关特性与混合控制策略2.1㊀软开关特性分析在变频模式下,原边开关管实现ZVS 的条件是在流经开关管的电流由负变正之前,开关管的电压已下降到0㊂这就要求逆变桥臂输出的电压相位滞后于谐振电流的相位,即谐振腔的输入阻抗为感性时,可以实现原边开关管的ZVS㊂对于副边整流二极管ZCS 关断问题,可以将变换器的开关频率划分为3个区间,在这3个区间里进行分析㊂当只有谐振电感L r 和谐振电容C r 参与谐振时,此时的谐振频率为f r1=1/2πL r C r ,当谐振电感L r ㊁励磁电感L m ㊁谐振电容C r 三者同时参与谐振时,此时的谐振频率为f r2=1/2π(L r +L m )C r ㊂当变换器工作在f s <f r2,ZCS,但谐振腔输入阻抗为容性,原边开关管无法实现ZVS;当变换器工作在f r2<f s <f r1时,在励磁电流与谐振电流相等时,副边整流二极管电流在下一个开关周期到来前下降为零自然关断,实现ZCS;当变换器工作在f s =f r1时,在励磁电流与谐振电流相等时,副边整流二极管在上一个开关周期结束时电流恰好下降到0,实现ZCS;当变换器工作在f s >f r 1时,在下一个开关周期到来后副边整流二极管电流还未自然下降至0,导致二极管电流强迫下降到0,未实现ZCS㊂综上,LLC 谐振变换器变频模式下要实现软开关,应工作在f r2<f s <f r1区间㊂移相控制属于定频控制,其原边开关管实现ZVS 的条件和变频控制相同,及应保证谐振腔的输入阻抗是感性,工作在f r2<f s <f r1区间,且谐振电流在死区时间内能完成相关结电容的充放电㊂不同点在于,移相控制时随着移相角的增大,有效占空比D 减小,为保证死区范围内谐振电流仍能完成相关寄生电容的充放电,须控制最小占空比㊂图2所示t 0~t 5时,励磁电流i L m 的变化率可表示为ΔI /Δt =nV o /L m ,在t 5~t 6时,由于L m 远大于L r ,i L r =i L m 近似保持不变㊂为实现Q 3零电压开通,开关321第2期胡存刚等:宽范围输入三电平半桥LLC 变换器混合控制管寄生电容C3在死区时间t d内必须通过谐振电流完成充放电㊂则:Δt=D2fs;(10)ΔI=nV o D2fs L m;(11)i L m=ΔI2ȡ2C oss U cd1td ㊂(12)联立式(10)~式(12)得最小占空比D min为D minȡ8C oss U cd1f s L mnU o t d㊂(13)参数如下:C oss=200pF;U cd1=V inmax/2;f s=f r= 100kHz;L m=63.026μH;n=1.168;U o=300V; t d=40ns㊂计算出D min=0.42,即在移相模式下要实现软开关,占空比必须大于0.42㊂2.2㊀混合控制策略由图5(a)看出在PFM模式下,当开关频率等于谐振频率即归一化频率f n=1时,电压增益恒为1,与负载大小无关;当开关频率小于归一化频率时,电压增益先增大后减小,变换器工作在升压模式;当开关频率大于归一化频率时,电压增益小于1,变换器工作在降压模式;由此可见变频模式可以实现变换器的升降压,然而在降压模式下,增益变化随频率变化并不明显,要想实现较大的增益变化范围需设置很宽的频率变化范围,而过宽的频率变化范围会导致磁性元件设计困难㊂在PS模式下,LLC谐振变换器固定开关频率,通过调节占空比D改变电压增益,增益随占空比D 减小而减小,且恒小于1㊂由此可知,在PS模式下, LLC谐振变换器工作在降压模式下㊂若想在较小的频率变化范围内实现较大的电压增益,可以将变频控制的降压部分用移相控制代替,即变换器在升压模式时采用变频控制,降压模式时采用移相控制的混合控制㊂图6为变频控制和混合控制的电压增益范围,可以看出在全变频控制方式下,归一化频率范围在f r1/f r~2,增益变化范围是M PFM,混合控制方式归一化频率范围在f r1/f r~1,增益变化范围是M PFM-PS,然而M PFM明显小于M PFM-PS,且结合上文分析在全变频控制方式下,归一化频率在1~2范围时变换器无法实现软开关㊂因此相较于全变频控制和全移相控制,混合控制可以在较小的频率变化范围内实现变换器的升降压控制,减小磁性元件的设计难度,且在全增益范围内可以实现软开关㊂图6㊀增益曲线范围Fig.6㊀Voltage gain range图7是混合控制的工作原理,变换器输出电压与参考电压进行比较做差,经过PI调节器校正进入压控振荡器,压控振荡器将电压信号转化为频率信号,计算所得开关频率与谐振频率f r比较㊂当计算频率小于谐振频率变换器工作在PFM模式下,当计算出的开关频率等于谐振频率且输出电压仍无法到达参考电压,则进入PS模式,继续调节占空比使输出电压达到参考值㊂图7㊀混合控制框图Fig.7㊀Hybrid control block diagram表1是常采用混合控制的不同的LLC拓扑的对比,三电平半桥LLC较三电平全桥LLC而言,原边开关管承受的电压应力相同,但三电平全桥LLC 开关管数量是三电平半桥LLC的一倍,相同的控制方式三电平全桥控制要更加困难,且在中低功率的应用场合三电平全桥LLC成本较三电平半桥LLC421电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀更大㊂全桥LLC 和三电平半桥LLC 有相同数量的开关管数目,但全桥LLC 每个开关管承受的电压应力是半桥LLC 的一倍,这也意味着在较宽输入电压的范围,全桥LLC 开关管的选择要更加苛刻㊂因此在采用混合控制的宽输入中低功率的电源中三电平半桥LLC 拓扑是比较合适的选择㊂表1㊀采用混合控制的LLC 拓扑特性对比Table 1㊀Comparison of LLC topology characteristics usinghybrid control拓扑类型开关管应力开关管数量控制难度应用场合三电平半桥LLC[14]V in /24易中低功率三电平全桥LLC [15]V in /28难高功率全桥LLCV in4易高功率3㊀仿真与实验验证为验证本文所提出的混合控制策略的有效性,进行了仿真验证,并设计了输入范围500~800V㊁输出300V /15A 和额定功率4.5kW 的LLC 谐振变换器实验平台,实物如图8所示㊂变换器的电路参数如表2所示㊂表2㊀主要电路参数Table 2㊀Main circuit parameters㊀㊀参数数值直流母线C d1㊁C d2/μF 220飞跨电容C ss1/μF 220谐振电感L r /μH 12.6谐振电容C r /nF 200励磁电感L m /μH63.026变压器变比n 1.165ʒ1谐振频率f r /kHz 100滤波电容C o /μF156负载R L /Ω20图8㊀LLC 谐振变换器实验平台Fig.8㊀Experimental platform of LLC converter3.1㊀仿真验证仿真中,设置输入电压为电压600V,输出电压300V㊂由图9(a)LLC 谐振变换器在启动时不采用软起动,启动瞬间浪涌电流接近112A,瞬时的大电流除了会造成硬件过流保护的误触动,也会损坏器件,严重时会烧坏整个变换器;图9(b)采用软启动控制,设定PI 输出初始值3f s ,经压控振荡器转换得到3f s 的PWM 波增大谐振腔的输入阻抗,实现软启动,软启动瞬间电流接近20A,之后开关缓慢减低频率到正常工作频率,浪涌电流较不采用软启动时相比有较大的减小㊂图9㊀谐振腔电流波形Fig.9㊀Waveforms of resonant chamber current图10是副边二极管的电流i d ㊁电压U d ,由图可以看出混合控制下,PFM 模式和PS 模式均能实现副边的ZCS㊂由仿真结果可知,在给定额定电压时,LLC 谐振变换器能实现软启动,进行浪涌电流的抑制,在稳态过程中能够实现一次侧开关管ZVS,二次侧整流二极管ZCS㊂与理论分析一致㊂图10㊀稳态时二极管电压和电流波形Fig.10㊀Waveforms of diode voltage and current521第2期胡存刚等:宽范围输入三电平半桥LLC 变换器混合控制在仿真中设置模式切换点电压为700V,输入电压低于700V 时采用变频控制,高于700V 采用移相控制㊂由图11可知,在0.025s 输入电压由600V 切换至800V,LLC 变换器由变频控制切换为移相控制(PFM-PS),在0.055s 输入电压切换至500V 控制模式,由移相控制再切换至变频控制(PS-PFM),输出电压能够稳定在参考电压300V㊂图11㊀恒压输出混合控制波形Fig.11㊀Waveforms of hybrid control在模式切换处时,为防止输出在切换点来回振荡,状态切换点不能设置为单一点,应设置为滞环控制如图12所示,当输入电压上升至PFM 模式最大调节值时切换为PS 模式;当输入电压下降至PS 模式调节最小值时,切换为PFM 模式㊂因此PFM 最大值应比PS 模式调节最小值高,继而形成一个缓冲区,使得电路能够可靠切换,避免了单点切换的不稳定振荡㊂图12㊀切换点滞环控制Fig.12㊀Switching point of hysteresis loop control3.2㊀实验验证为验证所提出方案的可行性,搭建一台4.5kW 实验样机,设置输出电压为300V,在保证LLC 谐振变换器一次侧实现ZVS 的条件下,控制LLC 谐振变换器输入电压500~800V 进行验证㊂图13是变换器工作时软启动波形,其中CH3是谐振电流,CH2是谐振腔输入电压,CH1是输出电压,从图13可以看出在启动瞬间开关频率较高,启动时的浪涌电流小,当电压上升至150V 时,变换器进入闭环,开关频率逐渐降低至正常工作频率㊂图13㊀软启动波形Fig.13㊀Soft-start waveform图14是开关管Q 1驱动电压V gs 和漏源极电压V ds 波形图,CH1是开关管漏源极电压,CH2是驱动电压,在漏源极电压下降至0时,驱动电压开始上升,开关管实现ZVS㊂图14㊀Q1开关管V gs 和V ds 电压波形Fig.14㊀Voltage waveforms of Q1V gs and V ds图15为输入500V /670V 下LLC 变换器在PFM 模式下实验波形㊂图15(a)中,CH3是谐振电流,CH2是谐振腔输入电压,CH3是变压器二次侧电流,CH1是输出电压㊂由图15(a)可以看出,在PFM 模式下谐振电流近似于正弦波,变压器二次侧电流处于断续模式,即整流二极管实现ZCS,输出电压稳定,纹波较小㊂图15(b)中,CH1是DSP 侧驱动波形,从图中看出随着输入电压升高工作频率也升高,导致了驱动波形产生尖峰,二次侧电流处于断续模式的临界位置,谐振电流愈发接近正弦波㊂621电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀图15㊀PFM模式下实验波形Fig.15㊀Waveforms of PFM under500V/670Vinput voltage图16为输入电压为800V下LLC谐振变换器工作在PS模式的实验波形,CH1是DSP侧驱动波形,CH2是谐振腔输入电压,CH3是谐振电流,CH4是整流二极管波形㊂由图16可以看出,在移相模式下谐振电流依旧近似正弦波,整流二极管电流工作在断续模式下,能够实现ZCS,输入电压的零电平占比明显上升,驱动电压与PFM模式工作在最大频率下相似㊂图16㊀800V输入下PS实验波形Fig.16㊀Waveform of PS under800V input voltage图17是变换器模式切换波形,变换器在切换点处由PS模式切换至PFM,其中CH3是谐振电流, CH1是开关管Q1DSP侧驱动波形㊂图17㊀PFM-PS切换波形Fig.17㊀Switching waveform of PFM-PS为对比全变频控制与混合控制效率,在除变压器匝比和谐振腔参数不同其余指标完全相同的两台样机上进行实验,结果如图18所示㊂从图中可以看出,相同输入电压时混合控制和全变频控制开关频率和效率并不相同,混合控制在模式切换点处达到最大效率96.1%,全变频控制在最大输入电压时达到最高效率95.3%,两种控制方式均在谐振频率处达到最大效率㊂但相较于全变频控制,混合控制的最大效率提高了1%左右,且LLC谐振变换器常工作于模式切换点处,因此采用混合控制的三电平半桥LLC谐振变换器在工作范围内的效率整体要高于全变频控制㊂图18㊀混合控制和全变频控制效率对比Fig.18㊀Efficiency comparison of PFM-PS and PFMmethod4㊀结㊀论本文针对三电平半桥LLC谐振变换器的电压增益问题,通过对其工作原理㊁增益特性㊁软开关特721第2期胡存刚等:宽范围输入三电平半桥LLC变换器混合控制性以及控制方式进行分析,提出一种PFM-PS的混合控制策略,在保证变换器全范围内能实现软开关的条件下,提高了电压增益范围,减小了频率变化范围,使得变换器磁性元件设计难度降低㊂搭建仿真和实验平台对混合控制策略进行验证㊂结果表明本文提出的混合控制策略较传统的变频控制策略在相同的频率变化范围下具有更宽的电压增益范围和更高的效率㊂参考文献:[1]㊀王德玉,李沂宸,赵清林,等.采用定频移相控制的宽输出范围多电平LLC谐振变换器[J].中国电机工程学报,2023,43(5):1973.WANG 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基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法
第28卷㊀第2期2024年2月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.28No.2Feb.2024㊀㊀㊀㊀㊀㊀基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法姚培煜1,㊀冯国栋1,㊀吴轩2,㊀彭卫文1,㊀丁北辰3(1.中山大学智能工程学院,广东深圳518107;2.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;3.中山大学先进制造学院,广东深圳518107)摘㊀要:针对永磁同步电机转子初始位置估计的精度与收敛速度受限问题,提出一种基于高频信号注入的非线性建模与拟合实现的初始位置估计方法㊂首先,建立初始位置与高频信号响应的关联模型,表明高频响应可用于直接计算初始位置,但直接计算结果在大部分转子位置易受测量噪声的影响㊂为此,提出基于多项式模型建立位置估计非线性模型,选取合适的模型参数,利用少量测试点拟合该模型,即可实现初始位置的快速精确估计,有效提高了估计精度与系统抗干扰能力㊂实验与仿真结果表明,相比现有方法,提出的方法易于实现,无需复杂滤波器与观测器设计,仅需要选取少量测试点即可快速估计精确转子初始位置,在保证估计精度的同时改进了传统估计方法收敛速度慢问题㊂关键词:永磁同步电机;高频信号注入;转子初始位置估计;多项式模型;非线性模型DOI :10.15938/j.emc.2024.02.014中图分类号:TM351文献标志码:A文章编号:1007-449X(2024)02-0142-10㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-09-24基金项目:国家自然科学基金(52105079,62103455)作者简介:姚培煜(1999 ),男,硕士研究生,研究方向为永磁同步电机无位置传感控制;冯国栋(1988 ),男,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为新能源汽车电机系统控制关键技术;吴㊀轩(1983 ),男,博士,副教授,研究方向为电力电子与电力传动㊁大型风力发电技术㊁特种车辆电驱动技术;彭卫文(1987 ),男,博士,副教授,研究方向为系统可靠性㊁智能系统的状态监测㊁故障预测与健康管理;丁北辰(1990 ),男,博士,副教授,研究方向为机器人控制与新能源汽车动力系统控制㊂通信作者:丁北辰High precision initial rotor position estimation method for permanent magnet synchronous motor based on nonlinear modeling and fittingYAO Peiyu 1,㊀FENG Guodong 1,㊀WU Xuan 2,㊀PENG Weiwen 1,㊀DING Beichen 3(1.School of Intelligent Systems Engineering,Sun Yat-sen University,Shenzhen 518107,China;2.College of Electrical and Information Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China;3.School of Advanced Manufacturing,Sun Yat-sen University,Shenzhen 518107,China)Abstract :Aiming at the problem that the accuracy and convergence speed of rotor initial position estima-tion of permanent magnet synchronous motor are limited,a nonlinear modeling and fitting method basedon high-frequency signal injection was proposed.Firstly,the correlation model between the initial posi-tion and the high-frequency signal response was established,which shows that the high-frequency re-sponse can be used to calculate the initial position directly,but the direct calculation results are vulnera-ble to the measurement noise in most rotor positions.To solve this issue,a polynomial model was used toestablish the nonlinear model of location estimation,suitable model parameters were selected and a few oftest points were used to fit the polynomial model to achieve rapid and accurate calculation of the initialposition,which effectively improves the estimation accuracy and anti-interference ability of the system. The experimental and simulation results show that compared with the existing methods,in the proposed method it is easy to implement,complex filter and observer design is not needed,and only a few test points need to be selected to quickly estimate the initial position of the precise rotor,which ensures the estimation accuracy and improves the problem of slow convergence of the traditional estimation methods. Keywords:permanent magnet synchronous motor;high frequency signal injection;initial rotor position es-timation;polynomial model;nonlinear model0㊀引㊀言永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)因其结构简单,高效率,高能量密度等优点而被广泛应用于新能源汽车等多个领域[1-3]㊂对于永磁同步电机伺服系统,转子初始位置是保证电机启动性能的重要参数㊂具体而言,精确的初始位置能够提高电机控制性能,若初始位置误差过大,会降低启动性能,甚至会导致电机反转与启动失败[4-6]㊂转子位置可通过光电编码器,旋转变压器等获取,但增加了系统成本和体积,在低成本应用如家用电器以及超高速电机应用中,无位置传感控制技术被广泛应用㊂初始位置估计是无位置传感控制的重要环节,可有效地提高系统启动与控制的可靠性㊂因此,转子初始位置估计对永磁同步电机伺服系统十分关键㊂转子初始位置估计在文献中已有广泛研究㊂其中,利用电感饱和效应是近年来解决转子初始位置估计的重要手段,可分为脉冲电压法[7-10],高频信号注入法[11-23]㊂脉冲电压法通过注入一系列脉冲电压矢量,利用电流响应估计转子位置㊂然而,脉冲电压注入可导致转子转动,且过程耗时长㊂高频信号注入法实现简单,无需电机参数和额外硬件,可分高频旋转电压注入[11-16]和高频脉振电压注入[17-23]㊂高频旋转电压注入法依赖于转子凸极效应,且需要通过坐标变换和滤波器提取转子位置㊂文献[11]对高频电流响应进行低通滤波,根据电流幅值随转子位置变化实现转子位置估计㊂文献[14]对三相高频电流正㊁负序分量分离,利用任意一相正负序相角差估计转子位置㊂文献[15]分析了旋转高频注入方法受采样㊁滤波器的影响,并提出一种补偿算法提高位置观测精度㊂高频脉振电压注入法对凸极性要求不高,适用于表贴式电机㊂文献[17]针对相移问题,改用交直轴响应电流解调去除高频分量㊂文献[18]通过对虚拟直轴施加高频电压产生一系列振动信号实现初始位置估计㊂但该方法需要振动传感器,且在转动惯量较大的应用中,需要较大电流诱导转子振动㊂文献[20]在脉振注入基础上引入载波频率成分法判断磁极极性,避免二次信号注入,简化了实现步骤㊂现有高频信号注入估计方法大多通过滤波环节分离高频信号,再通过观测器估计转子初始位置㊂但滤波器对高频信号的幅值和相位产生影响,限制了系统带宽,无法同时保证转子位置的辨识精度和辨识速度㊂同时,观测器的设计也依赖高频信号响应和电机参数㊂针对以上问题,本文提出一种基于高频信号注入的非线性建模与拟合方法,实现转子初始位置估计㊂在虚拟直轴注入高频信号,解调高频电流响应即可获得初始位置,但易受转子所在位置的影响㊂在此基础上,提出基于非线性建模的初始位置估计方法,利用少数测试对非线性模型辨识,实现对转子位置的精确估计㊂此方法无需复杂滤波器和观测器设计,避免相位偏移和收敛速度慢等问题㊂此外,采用测试点快速拟合估计模型有效提高初始位置估计精度和收敛速度㊂仿真与实验结果验证提出方法的有效性㊂1㊀高频信号注入建模永磁同步电机d-q轴电压方程可表示为:u d=Ri d+L dd i dd t-ωL q i q;u q=Ri q+L qd i qd t+ωL d i d+ωλ0㊂üþýïïïï(1)式中:u d/q㊁i d/q和L d/q分别表示d-q轴电压㊁电流和电感;λ0是永磁磁链;R是绕组电阻;ω是电角速度㊂对应的高频信号注入模型可表示为:u dh=R h i dh+L dhd i dhd t;u qh=R h i qh+L qhd i qhd t㊂üþýïïïï(2)341第2期姚培煜等:基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法式中下标h 表示高频分量㊂例如L dh /qh 表示高频电感,R h 表示高频电阻,初始转速为0㊂不失一般性,假设电机转子的初始位置为θ0㊂定义一个虚拟d -q 轴,其虚拟d 轴的位置为θv ,而θ0和θv 间的误差定义为Δθ=θv -θ0,虚拟d -q 轴与真实d -q 轴的关系如图1所示㊂图1㊀虚拟d -q 轴与真实d -q 轴的关系Fig.1㊀Relationship between virtual and actualdq-axis为估计初始位置θ0,将高频电压信号注入虚拟d 轴,可表达为u dh,v =V dh cos(ωh t )㊂(3)式中:u dh,v 表示高频电压;V dh 为幅值;ωh 为频率㊂基于旋转变换可得注入实际d 轴的高频电压信号为:u dh =u dh,v cosΔθ;u qh =u dh,vsinΔθ㊂}(4)式中u dh 和u qh 为注入到真实d -q 轴的高频电压㊂将式(3)和式(4)代入式(2)可得d -q 与α-β轴下的高频电流响应为:㊀i dh =I dd sin(ωh t -φd )cosΔθ;i qh=I dqsin(ωht -φq)sinΔθ㊂}(5)㊀i αh =I dd sin(ωh t +φd )cosΔθcos θ0-I dq sin(ωh t +φq )sinΔθsin θ0;i βh =I dd sin(ωh t +φd )cosΔθsin θ0+I dqsin(ωht +φq)sinΔθcos θ0㊂üþýïïïï(6)㊀I dd =V dh Z dh ;I dq =V dh Z qh;Z 2dh =R 2h +ω2h L 2dh ;Z 2qh =R 2h +ω2h L 2qh ;tan φd =R h ωh L dh ;tan φq =R h ωh L qh㊂üþýïïïïïï(7)式中i αh 和i βh 可由abc 相电流计算获取㊂对α-β轴高频电流进行如下运算,即:M αs ≜avg(i αh sin ωh t )=I 1cosΔθcos θ0-I 2sinΔθsin θ0;M βs≜avg(i βhsin ωht )=I 1cosΔθsin θ0+I 2sinΔθcos θ0㊂}(8)式中: avg(x ) 表示x 在一个或多个周期内的平均值(例如信号x 的5个周期),I 1和I 2表示如下:I 1=0.5I dd cos φd ;I 2=0.5I dq cos φq ㊂}(9)2㊀转子初始位置直接计算2.1㊀高频注入直接计算法原理式(8)存在3个未知数,至少需要两组数据确定θ0㊂为此,将高频信号分别注入2个虚拟d 轴,对应位置分别为θv0和θv1,其中:1)将V dh0cos(ωh0)注入虚拟d 轴θv0,得到i αh0和i βh0;2)将V dh1cos(ωh1)注入虚拟d 轴θv1,得到i αh1和i βh1㊂基于式(8)以及i αh i 和i βh i ,i =0㊁1,可得:M αs0=I 1cos(θv0-θ0)cos θ0-I 2sin(θv0-θ0)sin θ0;M βs0=I 1cos(θv0-θ0)sin θ0+I 2sin(θv0-θ0)cos θ0;M αs1=I 1cos(θv1-θ0)cos θ0-I 2sin(θv1-θ0)sin θ0;M βs1=I 1cos(θv1-θ0)sin θ0+I 2sin(θv1-θ0)cos θ0㊂üþýïïïï(10)不难看出,基于式(10)可直接计算转子初始位置,定义计算出的位置为θr ㊂特别地,当选择虚拟位置满足θv0=0和θv1=π/2时,θr 可表示为:2θr =arccos(cos2θ0),sin2θ0ȡ0;2π-arccos(cos2θ0),sin2θ<0㊂{(11)其中:sin2θ0=B2C -A 2;cos2θ0=DA 2C -A 2㊂üþýïïïï(12)A =M αs0+M βs1=I 1+I 2;B =2M αs1=(I 1-I 2)sin2θ0;C =M 2αs0+M 2βs1+2M 2αs1=I 21+I 22;D =M 2αs0-M 2βs1=(I 21-I 22)cos2θ0㊂üþýïïïïï(13)图2给出了直接计算法的实施流程,高频信号依次注入得到α-β轴高频电流响应,通过式(10)~式(13)计算出转子初始位置的估计值θr ,最后使用短脉冲注入方法辨识转子磁极极性[24]㊂2.2㊀直接计算法估计误差分析不难看出直接计算法的估计误差与高频信号注入的虚拟位置θv0与θv1相关㊂定义直接计算法的估计误差为Δθe =θr -θ0㊂本节研究θv0与θv1的选择与441电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀估计误差Δθe 的关系,指导θv0与θv1的选择㊂图2㊀直接计算法框图Fig.2㊀Block diagram of direct calculation method2.2.1㊀虚拟位置θv0和θv1选择与误差Δθe 的关系直接计算法是将式(3)中的高频信号分别注入虚拟位置θv0和θv1,获得α-β轴高频响应,对其进一步处理得方程组(10),包含3个未知量,利用数值计算可获得估计结果㊂图3为分别在2个转子初始位置θ0下选择任意不同θv0和θv1时,直接计算法估计误差的分布图,图中每个误差点都是在噪声强度为30dB 仿真环境下2000次随机试验的平均值㊂下文若无特别说明,仿真环境中的噪声强度统一为30dB㊂不难看出,当θv0和θv1越接近,Δθe 越大;当θv0=θv1时,式(10)中的方程式个数变为2个,方程组无解;当θv0和θv1的差值越大,估计误差受噪声影响越小㊂θv0和θv1分别取0和π/2时估计误差相对最小㊂图3㊀不同θv0和θv1的估计误差分布Fig.3㊀Estimation error distributions of different θv0and θv12.2.2㊀不同转子位置的误差Δθe 分析本节探讨转子在不同初始位置直接计算法的估计误差㊂图4给出了不同转子位置的估计误差㊂其中,虚拟位置设置为θv0=0和θv1=π/2;每个误差点都是对同一位置2000次随机试验的平均值㊂可以看出θ0在[0,π]上的估计误差Δθe 呈现三角函数规律变化,在θ0=0㊁π/2㊁π/4附近时θr 的误差Δθe 较小,最小误差约为0.01rad,而在θ0=π/4㊁3π/4附近时θ0的误差Δθe 非常大,最大误差为0.063rad,最大误差是最小误差的6倍以上㊂导致误差呈三角函数规律变化的原因如下:在式(10)中噪声来源于M αs 和M βs ,而在使用式(10)求解θr 时,对cos2θ0进行反三角变化求解θr ㊂对式(10)等式右边变换拆解,提取含有cos2θ0的部分为:S αs =0.5(cos θv (I 1-I 2)cos2θ0)M αs ;S βs =0.5(sin θv (I 1-I 2)cos2θ0)M βs㊂üþýïïïï(14)式中:S αs 和S βs 可以近似表示信号与噪声的比例,即信噪比(signal to noise ratio,SNR)㊂当θ0接近π/4㊁3π/4时,cos2θ0趋于0,S αs 和S βs 趋于0㊂θ0趋于0㊁π/2㊁π时,cos2θ0趋于1,S αs 和S βs 远大于0㊂即Δθe 随着cos2θ0变化而波动㊂不难发现,由于测量噪声的存在,基于式(10)的直接计算法的估计误差在不同转子位置的波动非常大,特别是转子位置在π/4㊁3π/4附近的估计误差比最小误差增加了6倍㊂因此,本文提出基于非线性建模与拟合的方法估计初始位置,提高估计精度和降低估计误差的波动㊂图4㊀直接计算法在不同转子位置的误差变化Fig.4㊀Error variation of direct calculation method atdifferent rotor positions3㊀基于非线性建模与拟合的初始转子位置估计3.1㊀基于多项式建模与曲线拟合的估计方法基于式(8),定义M s ≜M 2αs +M 2βs =I 22+(I 21-I 22)cos 2(θv -θ0)㊂(15)541第2期姚培煜等:基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法式中M s 以虚拟d 轴位置θv 为自变量的函数,且M s在θv 满足下式时取最大值:Δθ=θv -θ0=0or π㊂(16)如图5所示,考虑在一个周期内,函数M s (θv )在θv <θ0时递增,在此处后递减,这表明转子初始位置θ0可在函数曲线M s (θv )的最大值处得到㊂图5㊀θ0=π/2时M s (θv )曲线Fig.5㊀Curve of M s (θv )at θ0=π/2考虑到直接计算法受测量噪声影响较大,本文提出利用多项式函数对M s (θv )建模,进而在M s (θv )的最大值处确定初始位置θ0㊂不失一般性,本文使用k 阶多项式对M s (θv )建模,即M s (θv )=a k θk v +a k -1θk -1v+ +a 1θv +a 0㊂(17)式中a 0, ,a k -1,a k 为k 阶多项式的系数,可通过曲线拟合估计㊂当a 0, ,a k -1,a k 确定,初始位置θ0可以通过求解下式获得:d M s (θv )d θv =ka k θk -1v +(k -1)a k -1θk -2v+ +2a 2θv +a 1=0㊂(18)当k =2或3时,θ0的估计为:θ0=-a 12a 2,k =2;-a 2ʃa 22-3a 3a 13a 3ɪ[0,π2],k =3㊂ìîíïïïï(19)综上,基于提出的初始位置估计分为两步:第一步:设置N 个虚拟d 轴位置,注入高频测试信号并采集数据用于拟合M s (θv );第二步:基于最小二乘估计a 0, ,a k -1,a k ,并用式(19)计算初始位置θr ㊂图6给出了第一步的图解,假设N 个虚拟d 轴位置为{θv1,θv2, ,θv N },通过电流计算获得{M s1,M s2, ,M s N }㊂基于上述数据与最小二乘法拟合的多项式系数可表示为a =(ϕT ϕ)-1ϕT M ㊂(20)式中:a =[a 0,a 1, ,a k ]T ;ϕ=θk v1θk -1v1θv11θk v2θk -1v2 θv21︙︙︙︙θk v N θk -1v N θv N 1éëêêêêêêùûúúúúúú;M =[M s1,M s2, ,M s N ]T ㊂üþýïïïïïïïïï(21)图6㊀第一步的步骤图Fig.6㊀Diagram of the first step图7给出了此方法的实施框图㊂定义测试点固定间距为θL ,高频电压信号依次注入d 轴虚拟位置θv i =θv i -1+θL ,i =1, ,N ㊂采集α-β轴电流响应,利用式(15)计算M s (θv )用于建模与拟合,利用式(19)计算初始位置θ0㊂图7㊀拟合估计法框图Fig.7㊀Block diagram of fitting estimation method3.2㊀多项式模型参数选择首先,讨论如何选择合适的参数k ㊂一般选择k =2~4可满足估计精度要求㊂考虑到实际环境中的测量噪声,图8为使用不同阶次的多项式拟合M s (θv )㊂从表1不难发现,曲线拟合误差随着k 的增加而越小,但在θ0附近使用二阶多项式拟合即可实现较好的拟合精度㊂641电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀表1㊀不同阶次多项式的拟合精度比较Table 1㊀Comparison of fitting precision between differentorder polynomials参数转子位置/rad 拟合误差/rad真实位置θ00.7854 二阶多项式0.83080.0454三阶多项式0.82730.0419四阶多项式0.82560.0402图8㊀不同阶次多项式拟合M s (θv )Fig.8㊀Fitting M s (θv )with different order polynomials拟合k 次多项式最少需要k +1个拟合点,即N ȡk +1㊂其次,研究如何选取合适的虚拟位置{θv1,θv2, ,θv N },保证初始位置估计精度㊂图9给出了选择k =2㊁N =3㊁4㊁5时的估计误差㊂从图9中不难发现拟合点数量N =5较N =4拟合精度提升并不明显,但需要增加测试点;而N =4较于N =3估计精度有显著提高,且N =4对应的估计精度已满足应用需求㊂综合实现复杂度与估计精度要求,本文选择N =4个拟合点实现多项式模型的拟合㊂图9㊀不同拟合点数量的估计误差Fig.9㊀Estimation error between different number offitting points直接计算法估计的θr 可用于确定一个θ0的粗略分布区域㊂假定θ0=π/4㊁k =2㊁N =4㊂分别在区间R 1=[0,π/2]㊁R 2=[π/8,3π/8]和R 3=[3π/16,5π/16]内随机选取拟合点进行曲线拟合估计,表2是进行2000次随机实验的平均误差,表明通过θr 确定一个合适的区间可以有效地提高估计精度㊂表2㊀不同拟合点选取区间的拟合精度比较Table 2㊀Comparison of fitting precision between differentselection interval of fitting points参数转子位置/rad 拟合误差/rad 真实位置θ00.7854R 10.95280.1674R 20.95680.1714R 30.89680.1114M s (θv )曲线在峰值附近以峰值为中心左右对称,因此在两侧对称选取拟合点能有效提高拟合效果㊂考虑到估计的θr 接近峰值位置,因此本文选择在θr 左右对称地选取拟合点㊂具体而言,首先确定左侧第一个拟合点,其次在当前位置叠加θL 确定下一拟合点位置,该过程可表示为θ2=θ1+θL , ,θN =θN -1+θL ㊂(22)式中θL 对拟合结果有显著影响㊂假定θ0=π/4㊁k =2㊁N =4,图10给出了选择不同θL 时估计误差的变化曲线㊂不难看出,选择θL =0.558rad 估计误差最小㊂综上,本文选择二阶多项式四点拟合,其中拟合点以直接计算值θr 左右对称等间距θL =0.558rad 选取㊂图10㊀不同拟合点间距的估计误差Fig.10㊀Estimation error under different θL3.3㊀多项式曲线拟合法仿真实验本节通过仿真结果验证提出方法的有效性㊂上文分析得出k 阶多项式参数k =2㊁N =4以及拟合点741第2期姚培煜等:基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法间距选择θL =0.558rad,具有较高的估计精度,下文仿真实验都将使用此模型参数㊂图11是假定初始位置θ0=π/4时,分别使用直接计算法和拟合估计法进行2000次随机实验的估计误差分布㊂不难发现,相比于直接计算法,曲线拟合估计法在同一转子位置上的估计误差和误差波动都更小㊂图11㊀2000次随机实验的估计误差分布Fig.11㊀Estimated error distributions for 2000randomized tests图12为使用高频注入直接计算法和曲线拟合估计法在不同转子位置上的估计误差比较,图12(a)㊁(b)分别为30dB 和40dB 测量噪声下的结果㊂图中每点都是进行了2000次实验的平均估计误差㊂可以发现在θ0=π/4㊁3π/4附近的大部分区域,拟合误差远小于直接计算误差,差值最大的位置拟合误差较直接计算误差减小了0.0352rad,减小了56%㊂另外,对比不同噪声强度环境可以发现,曲线拟合估计法在不同噪声强度下都能够保持较大幅度的估计精度提升㊂曲线拟合法在超过80%的转子位置上估计误差小于直接计算法,在一些位置误差能减小50%以上㊂但在θ0=0㊁π/2㊁π附近其余20%的位置上,因信噪比较大,直接计算法估计误差小于曲线拟合法㊂因此在一个电角度周期内,可以采用两种方法混合估计,当θ0在0㊁π/2㊁π附近小部分区域时令θr 为最终估计结果,否则进一步实施拟合方法估计初始位置,如表3所示㊂图12㊀不同转子位置上估计误差对比Fig.12㊀Comparison of estimated errors between differ-ent rotor positions表3㊀不同转子位置上3种方法的区别Table 3㊀Difference of three methods between differentrotor positions方法θ0在0㊁π/2㊁π附近其他位置直接计算法直接计算直接计算拟合估计法拟合估计拟合估计混合估计法直接计算拟合估计在所有位置上,θr 的平均误差为0.0432rad,拟合θ0的平均误差为0.0268rad,混合估计法可使平均误差进一步减小到0.0248rad㊂整体估计精度提高40%,且拟合估计值的误差波动更小㊁更平稳㊂4㊀实验验证在图13所示的PMSM 样机实验平台上验证本文所提出的方法㊂实验电机的设计参数如表4所示㊂测试电机配备高分辨率光学编码器,单转脉冲数(PPR)为2500㊂从该编码器测量的转子位置将被用来评估提出估计方法的性能,不参与实际控制㊂在实验平台验证方法过程中,电机的转速与转矩都为0㊂注入高频信号的参数为:注入信号频率ωh =150Hz,注入信号幅值V dh =20V㊂选择的非线性模型参数为:k =2㊁N =4㊁θL =0.558rad㊂图14出了使用此参数对M s (θv )进行建模估计θ0的例子㊂841电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀图13㊀实验装置Fig.13㊀Experimental device 表4㊀实验电机的设计参数Table 4㊀Design parameters of experimental motor图14㊀实验验证的拟合估计法例子Fig.14㊀Examples of fitting estimation method verifiedby experiment首先,实验一在不同转子位置进行实验以评估提出估计方法的效果㊂图15(a)给出了电机一个电角度周期内8个位置的估计结果,不难发现估计结果与真实位置十分接近,具体误差分布见图15(b)㊂从图15可以看出,一个电角度周期内,最大拟合误差0.0412rad,最小拟合误差0.0035rad,平均拟合误差约为0.018rad㊂结果表明,曲线拟合估计法能精确估计转子初始位置㊂其次,实验二对比直接计算法与拟合估计法的实验结果㊂直接计算法从α-β轴高频响应电流计算转子初始位置,曲线拟合估计法采用二阶多项式四点非线性建模与拟合估计转子位置㊂估计结果对比如图16(a)所示,2种方法的估计误差对比如图16(b)所示㊂可以看出,直接计算法的平均估计误差为0.034rad,最大估计误差0.114rad,拟合估计的平均拟合误差为0.016rad,最大拟合误差0.042rad㊂实验证明提出的方法相比于传统高频注入法大幅提升了估计精度,降低了误差波动㊂图15㊀实验一的转子初始位置估计结果Fig.15㊀Rotor initial position estimation results inexperiment 1图16㊀实验二的转子初始位置估计结果比较Fig.16㊀Comparison of rotor initial position estimationresults in experiment 25㊀结㊀论本文提出一种基于高频注入的非线性建模与拟合的转子初始位置估计方法,并通过仿真和实验验941第2期姚培煜等:基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法证提出方法的有效性㊂提出的方法利用少数测试点对位置估计非线性模型快速拟合,实现简单,不依赖电机参数,无需复杂滤波器和观测器的设计㊂实验结果表明,最大误差小于0.05rad,平均误差小于0.02rad㊂与现有方法相比,提出的方法具有估计精度高,收敛速度快,易于实现等优势,工程实用价值高㊂此外,该方法同样在无位置传感器控制技术上有潜在的应用前景㊂参考文献:[1]㊀SHOU W,KANG J,DEGANO M,et al.An accurate wide-speedrange control method of IPMSM considering resistive voltage drop and magnetic saturation[J].IEEE Transactions on Industrial E-lectronics,2020,67(4):2630.[2]㊀朱元,肖明康,陆科,等.电动汽车永磁同步电机转子温度估计[J].电机与控制学报,2021,25(6):72.ZHU Yuan,XIAO Mingkang,LU Ke,et al.Rotor temperature estimation for permanent magnet synchronous motors in electric ve-hicles[J].Electric Machines and Control,2021,25(6):72. [3]㊀王晓远,刘铭鑫,陈学永,等.电动汽车用ANGN带滤波补偿三阶滑模自抗扰控制[J].电机与控制学报,2021,25(11):25.WANG Xiaoyuan,LIU Mingxin,CHENG Xueyong,et al.Third-order sliding mode active disturbance rejection control of PMSM with filter compensation for electric vehicle[J].Electric Machines and Control,2021,25(11):25.[4]㊀BRIZ F,DEGNER M.Rotor position estimation[J].IEEE Indus-trial Electronics Magazine,2011,5(2):24.[5]㊀YEH H,YANG S.Phase inductance and rotor position estimationfor sensorless permanent magnet synchronous machine drives at standstill[J].IEEE Access,2021(9):32897.[6]㊀贾洪平,贺益康.基于高频注入法的永磁同步电动机转子初始位置检测研究[J].中国电机工程学报,2007,27(15):15.JIA Hongping,HE Yikang.Study on inspection of the initial rotor position of a PMSM based on high-frequency signal injection[J].Proceedings of the CSEE,2007,27(15):15.[7]㊀张树林,康劲松,母思远.基于等宽电压脉冲注入的永磁同步电机转子初始位置检测方法[J].中国电机工程学报,2020,40(19):6085.ZHANG Shulin,KANG Jinsong,MU Siyuan.Initial rotor position detection for permanent magnet synchronous motor based on identi-cal width voltage pulse injection[J].Proceedings of the CSEE, 2020,40(19):6085.[8]㊀王宾,彭皆彩,于水娟.一种电流合成的PMSM转子初始位置检测方法[J].电机与控制学报,2020,24(8):67.WANGBin,PENG Jiecai,YU Shuijuan.Method to detect the ini-tial rotor position of PMSM based on current synthesis[J].Elec-tric Machines and Control,2020,24(8):67.[9]㊀孟高军,余海涛,黄磊,等.一种基于线电感变化特征的永磁同步电机转子初始位置检测新方法[J].电工技术学报, 2015,30(20):1.MENG Gaojun,YU Haitao,HUANG Lei,et al.A novel initial rotor position estimation method for PMSM based on variation be-havior of line inductances[J].Transactions of China Electrotech-nical Society,2015,30(20):1.[10]㊀WU X,LU Z,LING Z,et al.An improved pulse voltage injec-tion based initial rotor position estimation method for PMSM[J].IEEE Access,2021(9):121906.[11]㊀鲁家栋,刘景林,卫丽超.永磁同步电机转子初始位置检测方法[J].电工技术学报,2015,30(7):105.LU Jiadong,LIU Jinglin,WEI Lichao.Estimation of the initialrotor position for permanent magnet synchronous motors[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2015,30(7):105.[12]㊀JIN X,NI R,CHEN W,et al.High-frequency voltage-injectionmethods and observer design for initial position detection of per-manent magnet synchronous machines[J].IEEE Transactions onPower Electronics,2018,33(9):7971.[13]㊀王华斌,施金良,陈国荣,等.内嵌式永磁同步电机转子初始位置检测[J].电机与控制学报,2011,15(3):40.WANG Huabin,SHI Jinliang,CHEN Guorong,et al.Initial ro-tor position detection of IPMSM[J].Electric Machines and Con-trol,2011,15(3):40.[14]㊀刘景林,鲁家栋.基于相电流正负序分量相角差的高精度内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法[J].电工技术学报,2016,31(23):63.LIU Jinglin,LU Jiadong.High-precision estimation method of in-itial rotor position for IPMSM based on phase difference of posi-tive and negative sequence current component[J].Transactionsof China Electrotechnical Society,2016,31(23):63. [15]㊀杨健,杨淑英,李浩源,等.基于旋转高频电压注入的永磁同步电机转子初始位置辨识方法[J].电工技术学报,2018,33(15):3547.YANG Jian,YANG Shuying,LI Haoyuan,et al.Initial rotor po-sition estimation for IPMSM based on high frequency rotating volt-age injection[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2018,33(15):3547.[16]㊀SHUANG B,ZHU Z.A novel sensorless initial position estima-tion and startup method[J].IEEE Transactions on Industrial E-lectronics,2021,68(4):2964.[17]㊀于安博,刘利,阚志忠,等.高频脉振信号注入永磁同步电机无滤波器初始位置辨识方法[J].电工技术学报,2021,36(4):801.YU Anbo,LIU Li,KAN Zhizhong,et al.Initial position identi-051电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀fication of PMSM with filterless high frequency pulse signal injec-tion method[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2021,36(4):801.[18]㊀FU X,XU Y,HE H,et al.Initial rotor position estimation bydetecting vibration of permanent magnet synchronous machine[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2021,68(8):6595.[19]㊀ZHANG X,LI H,YANG S,et al.Improved initial rotor positionestimation for PMSM drives based on HF pulsating voltage signalinjection[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2018,65(6):4702.[20]㊀李洁,周波,刘兵,等.表贴式永磁同步电机无位置传感器起动新方法[J].中国电机工程学报,2016,36(9):2513.LI Jie,ZHOU Bo,LIU Bing,et al.A novel starting strategy ofsensorless control for surface mounted permanent magnet synchro-nous machines[J].Proceedings of the CSEE,2016,36(9):2513.[21]㊀TANG Q,SHEN A,LUO X,et al.PMSM sensorless control byinjecting hf pulsating carrier signal into ABC frame[J].IEEETransactions on Power Electronics,2017,32(5):3767. [22]㊀吕德刚,姜国威,纪堂龙.永磁同步电机低速域改进高频脉振注入控制[J].哈尔滨理工大学学报,2022,27(6):32.LÜDegang,JIANG Guowei,JI Tanglong.Improved high fre-quency pulse injection control inlow speed domain of permanentmagnet synchronous motor[J].Journal of Harbin University ofScience and Technology,2022,27(6):32.[23]㊀WU T,LUO D,HUANG S,et al.A fast estimation of initial ro-tor position for low-speed free-running IPMSM[J].IEEE Trans-actions on Power Electronics,2020,35(7):7664. [24]㊀XUAN W,YAO F,XIAO L,et al.Initial rotor position detec-tion for sensorless interior PMSM with square-wave voltage injec-tion[J].IEEE Transactions on Magnetics,2017,53(11):1.(编辑:刘琳琳)151第2期姚培煜等:基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法。
毕业研究生登记表2完整
本人工作
Research Vol, 2021
志
愿
机械电子类行业
起止年月
本
人
简
历
学习或工作单位
2007．9—2021．7 2021．9— 至今
安徽工业大学 安徽工业大学
学习或任何 职 学生 学生
家庭成员及主要社会关系
姓 名 与本人关系 政治面貌 工 作 或 学 习 单 位 有何联系
王进才
父子
群众
安徽宿州
毕业研究生登记表 2
(可以直接使用，可编辑 实用优秀文档，欢迎下载）
表三
毕业研究生登记表
学校（研究单位）福州大学
学
院 公共管理学院
专
业 行政管理
姓
名
赵艳艳
填 表 日 期 2021 年 3 月 11 日
国家教育部制订
姓名 曾用名
籍贯
赵艳艳
性别
女
出生年
无
1987.02
月
陕西省铜川市
家庭出 生
本人 成份
家庭 出身 本人 成分
民族
农民 学生 汉
现在家庭住址
安徽省宿州市祁县中学
是否华侨 侨居何处
何时何地 参加工作
无
原工资级别
何时何 地 入 党 (团)
2001 年宿州市祁县中学
学制及授予 何种学位
婚否，对方姓名 政治面貌，现在 何 处、任 何 职
未婚
本人身体 健康情况
所学专业及 研究方向
机械工程 机械 CAD/CAE 与信息集成
论文和译著 3.我国高技术服务业发展的思考——基于对江苏、厦门高技术服务业的实证研究.
价值工程.
本人工作 志愿
无党派人士表(5)(1)
无党派人士信息表
姓名
王＊＊
性别
男
出生年月
（岁）
1964.08
（54岁）
（照片）
民族
汉族
籍贯
河南郑州
出生地
湖南岳阳
专业技
术职务
教授
参加工
作时间
1987.09
健康
状况
健康
熟悉专业
有何专长
＊＊＊＊
学历
学位
全日制
教育
研究生
工程学硕士
毕业院校
系及专业
＊＊大学＊＊专业
在职
教育
研究生
工程学博士
毕业院校
系及专业
年月日
1994.09--2000.09＊＊大学＊＊学院副院长
2000.09--2010.05＊＊大学＊＊学院院长（其间：2008.10当选中
国科学院院士）
2010.05--2017.07＊＊大学副校长
2017.07--＊＊大学校长
第十届、十一届全国政协委员，第十二届全国人大代表（此处请填写担任省级和省级以上人大代表、政协委员情况）
职务_______________
姓名_______________
说明
一、表内所列项目，由本人实事求是地填写。
二、表内项目本人没有内容填写的，可写“无”。书写时一律用钢笔或签字笔，字迹要端正、清楚。个别项目填写不下时，可加附页。
三、表内的年、月、日一律用公历和阿拉伯数字。
四、“照片”一律用近期二寸正面半身免冠照片。
＊＊大学＊＊专业
现任(或原任)
职务
全国政协委员，＊＊大学校长，中国科学院院士
简
历
1978.03--1982.03＊＊大学＊＊专业本科生
大学校园里的竞争还要靠“拼爹”吗？——家庭背景在大学生人力资本形成中的作用
型的家庭资本对不同种类的大学生人力资本的作用整合到一个分析框架里进行
系统探查，从而提供由理论假设到实证结果的清晰解释，是本文试图努力的方
向。 另外，已有研究采用的数据大多是某一地区的局部数据，无法充分反映家庭
背景对大学期间人力资本积累的全面影响。 本文尝试采用一项全国范围的大学
学阶段的筛选，能考入大学的低阶层家庭背景的学生往往在智力和能力方面
极为优异，而来自优势家庭背景的大学生却有一些并不那么优异，这导致家庭
背景在大学校园竞争中的作用减弱，精英阶层或中产阶层家庭出身的大学生
不再具 有 优 势 （ Ｍａｒｅ，１９８０； Ｓｔｏｌｚｅｎｂｅｒｇ，１９９４； 吴 晓 刚，２０１６； 许 多 多，２０１７； 李
段，学生在这一阶段能否获得相应知识、能力和资格荣誉，将影响学生未来在劳
动力市场上的竞争力。 一系列的研究表明，大学文凭本身虽然重要，但进入大学
后取得的学业成就也成为一种人力资本，是参与劳动力市场竞争的重要砝码，会
影响大学生就业机会、起薪水平和就业单位的选择（ 赖德胜等，２０１２；岳昌君、张
恺，２０１４） 。 比如，学习成绩优异、担任过学生干部、获得奖学金或其他奖励等，都
相反的结论，大学教育期间来自贫困家庭的大学生非认知能力提升（ 自我效能
感和自尊感） 快于非贫困家庭学生，说明大学教育削弱了家庭背景的作用。 除
了上述这几 项 基 于 “ 首 都 大 学 生 成 长 追 踪 调 查” 数 据 的 研 究 以 外， 高 耀 等 人
（２０１１） 采用江苏省 ２０ 所高校调查数据所做的分析发现，家庭经济资本对大学生
李春玲，２０１０，２０１４ａ，２０１４ｂ；吴愈晓，２０１３） 。 对于第二个问题，大多数研究都集
知识创新的模型研究朱斌
价值工程1知识创新的特征分析笔者对知识创新进行了分析，得出知识创新的两大特征，为研究知识创新的模型提供基础。
1.1“隐性知识”转化为“显性知识”迈克尔·波兰尼于1958年提出：“人类的知识有两种。
通常被描述为知识的，即以书面文字、图表和数学公式加以表述的，是显性知识。
而未被表述的知识，我们在做某事的行动中所拥有的知识，是隐性知识”[1]。
显性知识和隐性知识在一定条件下，可以互相转化。
隐性知识是显性知识的基础，显性知识根植于隐性知识之中。
知识创新是包括知识创造、知识传播和知识应用的过程。
在整个知识创新的过程中高度个人化的隐性知识通过共享化、概念化和系统化，并在整个组织内部进行传播，被组织内部人员吸收和升华，成为组织所有成员的隐性知识。
群体隐性知识经过加工、组合、排列，形成显性知识，从而实现知识创新。
1.2知识的融合增值过程知识创新是已有知识与各种资源的整合，是对各种知识的合理组合和变异。
知识的融合将引起不同的知识创新成果，知识融合增值过程有以下三种：一是不同学科知识的融合增值。
创新实践要求多学科的知识。
多种知识融合为符合创新要求的特定知识、新知识。
二是不同形式知识的融合增值。
在知识创新的实践过程中，创新主体通过意会知识的交换与交流，把显性知识和隐性知识融合在一起，形成独特的知识创新能力。
三是不同主体知识的融合增值。
知识创新已不再是个人行为，而是组织行为，创新组织的成员把自己的知识特别是隐性知识贡献给团体，使之融合为创新的系统知识。
2知识创新的模型研究 2.1知识创新的一般模型知识创新十分复杂，建立它的一般模型有助于理解。
何传启、张凤于2001年在《知识创新》一书中提出了知识创新的基本原理、模型和路径。
知识创新的一般模型[2]见图1。
如图中所示，知识创新过程，一般包括两大阶段、四个步骤和连续的反馈与交流。
第一步，受理论探索、应用目的或实际经验的启示，产生新思想，包括新问题、新构想等；第二步，通过实验设计、科学实验和观察，获得某种初步知识；第三步，初步知识经过同行评议和公开，得到检验，进入知识体系；第四步，新知识得到首次应用。
填埋场渗滤液产生、运移及水位雍高机理和控制
⑧论文作者签名:耋兰弛指导教师签名:评蒯人:包丞细数援平:高亡重熬援评阅人:施建勇熬援评阅人:凌道盛数援答辩委员会毫席:委员:委员:委员:委员:委员:答辩日期: ,.浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
除了文中特别加以标注和致身于的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得逝婆盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谓意。
学位论文作者签名. 签字期. 趵,二年多月力渤氓学位论文版权使用授权书有权保留并向国家有关部门或机本学位论文作者完全了解..逝鎏盘鲎构送交本论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。
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第二批国土资源杰出青年科技人才计划
职务
任期
International Journal of Clean Coal and Energy
编委
2013.2.26-今
The International Society for Ecological Economics
会员
2014.1.8-今
The Ecological Society of America
2008.05
英国
利兹大学
访问学者
2010.03
2010.05
中国
中国地质大学（武汉）
讲师
2012.07
2012.12
中国
中国地质大学（武汉）
副教授
2013.01
至今
国内外学术组织及重要学术期刊任职情况
组织或期刊名称
职务
任期
无
13.刘超辉
姓名
刘超辉
性别
男
民族
汉
出生日期
1982年4月8日
技术职称
助理研究员
会员
2014.6.8-2014.12.31
3．王忠武
姓名
王忠武
性别
男
民族
汉
出生日期
1983.5.14
技术职称
副研究员
研究方向
土地遥感调查监测与评价技术
申报领域
土地科技
学习经历
国家
院校
专业
学历/学位
起始时间
结束时间
中国
中国
中国
武汉大学遥感信息工程学院
武汉大学遥感信息工程学院
中国科学院遥感与数字地球研究所（原中国科学院遥感应用研究所）
2005.06
工作经历
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朱斌博士个人简历和研究1．一般情况朱斌，于中国科技大学获硕士学位（87年），瑞典Chalmers技术大学获副博士（93年）和博士（95年）学位，并在瑞典Uppsala大学做博士后2年（95-97年）。
现任职于瑞典皇家工学院高级研究员，博士导师，副教授。
同时受聘于中国科技大学任客座教授（2000-），哈尔滨工程大学特聘教授（2005-04），曾受聘为清华大学/国家教育部春晖学者（2003/2004）。
拥有本人发明的新型燃料电池的瑞典，中国和国际专利。
朱斌赴瑞典前在中国科学技术大学参加中科院七、五重大攻关项目，做新型高能固体电池的研究。
89年去瑞典在瑞典Chalmers技术大学开创中温燃料电池（ITSOFC或ITCFC）的研究，为国际上最早从事该领域研究的人。
后攻读博士学位。
研究方向为新型燃料电池材料和技术。
获博士学位后在瑞典Uppsala大学做博士后2年，专攻纳米材料和膜，取得材料研究的突破，发明了超功能的燃料电池纳米陶瓷材料和膜。
后受聘于瑞典皇家工学院进一步进行新型ITSOFC的特种功能材料工程与技术方面的研究，获得ITSOFC的国际领先成果。
朱斌在燃料电池和高能电池领域已发表120多篇学术论文。
朱斌曾受美国加州大学能源学院（University of California Energy Institute）和新加坡国家科学技术研究发展局（Singapore Agency for Sci. Tech & Res (A*STAR)）邀请作为SOFC项目评审的国际专家。
朱斌多年来独立主持瑞典国家燃料电池和功能材料方面的研究项目。
正在进行的项目有：和瑞典Chalmers技术大学，瑞典陶瓷研究所共同主持的瑞典国家工程技术研究理事会“全功能纳米陶瓷膜和现代应用”国家级联合研究项目；领导/主持瑞典国家工业和技术发展署与中国国家科学技术部政府间双边合作项目‘中温陶瓷燃料电池的组装’；领导/主持瑞典国家工程技术研究理事会/瑞典研究理事会“一种先进环境-能源技术的基础研究”项目和瑞典CTS科学基金会“发展现代陶瓷燃料电池技术”的项目；同时受瑞典国家能源委员会资助参与“燃料电池系统研究”的项目。
曾被如下机构派遣多次往返于中国进行合作和研究，发展中国的新型燃料电池技术：一）联合国援华项目（材料和燃料电池专家，, 1995年）；二）瑞典国家国际合作基金委(STINT，中-瑞燃料电池合作项目领导，1996-1998)；三）瑞典国家自然科学研究理事会(NFR，材料和燃料电池专家，1997)；四）瑞典国家工程技术研究理事会(TFR，材料和燃料电池专家，1998，参与组织第97次香山科学会议-新型国体燃料电池国际研讨会)；五）瑞典皇家科学院(KV A，材料和燃料电池专家，1999，2000，2001，2004)。
此外，还受中国国家自然科学基金委和国家教育部春晖计划资助（95 ，2001，2003 和2004年）短期回国服务。
2．研究的评定朱斌的新型燃料电池研究近期被瑞典国家能源局（原部）组织的联合国际评审团（英国工业界和美国燃料电池专家）强调指出（2000年10月30日报告）：“朱斌的中温氧化物燃料电池（ITSOFC）是重要的，应该被加强，如此，瑞典燃料电池研究能取得国际领先发展”。
在瑞典国家能源局的项目批准报告（2001年4月3日,文件编号：8615P-01-585）中又特别指出：‘ITSOFC的研究是由皇家工学院化工系朱斌教授带领的。
他的研究很成功，得到国际的公认，在固体陶瓷燃料电池研究领域具有国际领先水平。
在1999和2000年间，他的工作导致了30余篇科技论文和一系列国际瞩目的成果。
其中几项在ITSOFC技术中的专利意味着在材料和技术方面的突破，由此打开了新应用领域的大门，引起商业界广泛的兴趣。
’特别是2004年瑞典国家科学研究理事会（相当于中国国家自然科学基金委）组织的对我承担的新型燃料电池项目的评审。
由美国，加拿大，丹麦，芬兰, 奥地利6人组成的国际评审组评定为:” This is an important area of research, and Zhu has the potential to contribute significantly to its development. He is well placed to develop an internationally leading role in the development of low temperature solid oxide fuel cells. …” (2004年)，该评审报告见瑞典研究理事会的网址www.vr.se/publikationer。
发表论文和专利19981. G. Y. Meng and B. Zhu, Inorganic Membranes and Green Power Sources,Journal of Gansu Science, 10 (1998) 65 (English).2. X.G. Luo, B. Zhu, C.R. Xia, G. Niklasson, C.G. Granqvist,Transparent ion-conducting ceria-zirconia films made by sol-gel technology,Solar Energy Materials & Solar Cells, 53 (1998) 341. (/locate/solmat)3. B. Zhu, Novel conducting thin film ceramic membranes for intermediate temperature fuel cells, Journalof Materials Science Letters, 17 (1998) 1287. (/issn/0261-8028/contents)4. B. Zhu, R & D for intermediate temperature solid state fuel cells, Ionics, 4 (1998) 435.5. B. Zhu, I. Albinsson, B.-E. Mellander, Electrical properties and proton conduction of gadolinium dopedceria, Ionics, 3 (1998) 261.6. B. Zhu, C. R. Xia, I. Albinsson, B.-E. Mellander, Properties of Li2SO4-Al2O3 thin film membranes,Ionics, 4 (1998) 330.7. B. Zhu and B.-E. Mellander, Determination of Proton Diffusion in Solid Electrolytes. Ionics, 3 (1998)368.19998. * B. 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Zhu, Hot-pressed ITSOFCs based on ceria-composite materials, published on J.Chem. Engine. Indus., (in Chinese with English abstract).2005 Invited presentations in international conferences50.** B. Zhu, Nanotechnology applied in innovative fuel cells, as invited lecturer for Nonotechnology inNorthen Europe, 25-28, April, Helsinki, http://www.nano.fi/program_day3.htm.51.** B. Zhu, Composites: Super Ion Conductors for Advanced Ceramic Fuel Cells, invited as a high levelspeaker for the International SOFC Symposium in Taiwan, 30, May to 4, June, 2005.52. B. Zhu, Innovative FCs with Advances, a course invited on the above symposium.53. B. Zhu, Functional catalysts for ILTSOFCs, accepted as invited speaker for The Fourth ChinaInternational Conference on High-Performance Ceramics (CICC-4), October 23 - 26, 2005, Chengdu,China, /invited.htm, to be also published in Key Eng. Mater.54. B. Zhu, Super ion conductors based on ceria-based composite electrolytes, submitted to The FourthChina International Conference on High-Performance Ceramics (CICC-4), October 23 - 26, 2005,Chengdu, China, /invited.htm, to be also published in Key Eng. Mater.55. B. Feng, C.Y. Wang, B. Zhu, Novel anode materials (AC-M-SCC) for ILTFCs using liquid fuels, to bepresented at ASEM 3rd international conf. On Fuel cell Sci. Tech. & Engine. Conference, May, 2005,and published by ASEM conf. Series proceedings.56.J.B. Huang, Z.Q. Mao, B. Zhu, L.Z. Yang, R. Peng, R.F. Gao,Direct Preparation of Ce0.8Sm0.2O1.9Powders Oxidized with H2O2 for Low Temperature SOFCs Application, same as above.57. B. Zhu, B. Feng, C. Y. Wang, Direct liquid hydrocarbon-fuelled low temperature ceramic fuel cells,invited by The World Hydrogen Technologies Conversion, October 3-5, 2005, Singapore,58. B. Zhu, Ceria-carbonate composite electrolytes for advanced ceramic fuel cells, accepted for The 7thInternational Symposium on Molten Salts (August 29 to Septembre 2, 2005) (and the InternationalMCFC Workshop) in Toulouse, France, http://inpact.inp-toulouse.fr/progep/MS7Refereed proceedings199959.B. Zhu and B. -E. Mellander, "Performance of Intermediate Temperature SOFCs With Composite Electrolytes,"in Solid Oxide Fuel Cells VI, eds. S. C. Singhal and M. Dokiya, The Electrochemical Society, Inc., 10 South Main St., Pennington, NJ 08534-2896 (1999), pp. 244-253 (ISBN 1-56675).60.B. Zhu, I. Albinsson and B.-E. Mellander, Gadolinium doped ceria and composites for fuel cell applications,Solid State Ionic Devices (The Electrochemical Society, 10 South Main St., Pennington, NJ 08534-2896 (1999) pp. 53-62.200061.B. Zhu, Advanced intermediate temperature SOFCs for electrical vehicles, in: Hydrogen Energy Process XIII,edited by Z. Q. Mao and T. N. 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Zhu, Rolling Tape-casting TechnologicalDevelopments of High Performance of ITSOFCs based on Ceria-salt Composite Materials, t he 6th European SOFC Forum, 28, June -2, July, 2004, Lucerne, Switzerland, pp 268-278 (ISBN 3-905592-15-0).79.Bin Zhu and Zongqiang Mao editors, Intermediate and low temperature solid oxide fuel cells,2004,(ISBN-7283-796-9) Publ. Royal Institute of Technology, Stockholm.Book chapters (invited)80.** B. Zhu, "Material R&D for intermediate temperature ceramic fuel cells" in book Recent Res. Devel. Mat,Sci., 2 (2001) 399-422, edited by S. G. Pandalai, Research Signpost, India. (ISBN: 81-7736-045-0)81.B. Zhu and B.-E. Mellander, “Fluorite based c omposite electrolytes and their applications for intermediatetemperature ceramic fuel cells”, in Fluorinated Materials for Energy Conversion, edited by T. Nakajima and H.Groult, to be published by Elsevier Ltd. ().82.Bin Zhu, Hybrid proton and oxygen ion conductors for advanced fuel cell applications, book chapter in “FuelCells: Principle, Materials and Technologies”, editor Zongqiang Mao, Published by Chemical Engineering and Industry Publisher Ltd, (in Chinese).Patents(Bin Zhu as the principle inventor for the following issued and pending patents. All these patents were supportedfrom Bin contacted financial resources from private investors from Sweden, USA, Europe.)1998The 1st Swedish patent app lication: “Fuel cell, using the ceria-composite electrolytes” (No. SE 9802103-3)1999International PCT (No. PCT/SE99/01046) application with priority from based on above Swedish patent2000The 2nd Swedish patent application: “ITSOFC with symmetric configuration” (No. SE00112228.2 )2000 1st Chinese patent application: “Ceria-salt composites for ILTSOFCs” (No. CN0003320-9 )2000 the 1st Chinese patent was public2001The 3rd Swedish patent application: “cost effective materials for marketable SOFCs” (No.0101424-0)2001 The 1st Swedish patent issued in force.2000/01 The PCT forwarded registration over 20 countries, e.g., EP, USA, Canada, Australia Japan, China, Russia, India, Korea etc. on the world2001/2002 The above PCT patents were published by China and Japan etc. and issued in force by Australia. It should be noticed that the Australia has carried out the strong national SOFC project for manyyears. Their activities haa been carried out with some leading progress in the conventional SOFCfield.2004The 1st Chinese patent was issued in force.The 2nd Chinese patent: Fabrication and scaling up SOFC devices using the industrial agentmixed ceria materials, was filed.。