复合式余度机电作动系统容错控制与性能分析

研究了一种应用于未来多电飞机的复合式余度机电作动系统,它由2台双绕组无刷直流电动机组成,形成4个电气控制通道和2个电动机控制通道的余度结构,具有"单故障工作、双故障安全"的容错能力.分析了容错工作状态下电动机和逆变器的损耗、减速器的力矩纷争等性能,提出了在"单故障工作"时应采用电动机功率损耗均衡控制方法以获得最佳的综合性能,同时分析了"双故障安全"时系统的输出能力,并通过仿真分析和比较了各种状态下系统的跟踪性能,最后给出一组容错运行状态下电动机的温升试验数据.

改进的永磁同步电机转子初始位置检测方法

为了解决新型无位置传感器永磁同步电机的起动问题,提出了一种在电机静止状态下检测转子位置的新方法。该方法在算法上改进了传统的旋转高频电压注入法,使得可以更为快速、准确的检测出转子初始d轴位置。并且针对传统旋转高频电压注入法无法检测出转子永磁体极性问题,在d-q旋转坐标系下,通过分析永磁同步电机d轴磁链和定子电流之间的关系,利用d轴电流的泰勒级数展开,提出了根据定子铁芯非线性磁化特性获得判别N/S极极性信息的新方案,并建立了系统仿真模型。仿真结果验证了这种方法的有效性和可行性。此方法同样适用于永磁同步电机在中、低速时的转子位置检测。

飞行控制用无刷直流电动机容错运行方式

双重绕组无刷直流电动机构成的双通道机电作动系统(EMA,Electro-Mechan-ical Actuator),当一个通道故障时可以采用容错运行方式.分析了电动机在双绕组工作与单绕组工作时的机械特性、铜损耗与允许转矩.对样机的机械特性试验曲线分析可知,在相同的电压条件下,两种工作方式的机械特性有相同的理想空载转速,但容错工作时因负载产生的转速降将增大1倍.在功率损耗不变的条件下,容错工作时电动机的允许电流为额定值的1.4倍,允许转矩为额定值的0.7倍,通过样机的温升试验数据充分验证了这一点.探讨了双绕组运行时的电流均衡控制方法以及容错工作采取的措施,并用仿真曲线分析了容错工作方式下的动态性能.

模糊外展故障诊断方法在飞机电源系统中的应用

讨论了一种模糊外展（ａｂｄｕｃｔｉｏｎ）故障诊断方法在电源系统应用。该方法在确定故障的种类的同时，还可得到故障的严重程度。特点是在测量信号不完整时可得到一个观测到的现象的“覆盖”集合。

双绕组无刷直流电动机的数学模型与转矩特性

阐述一种用于全电飞机机电作动系统的双绕组永磁无刷直流电动机。该电动机定子上有双重绕组,由两套独立的功率电路驱动形成双通道控制系统。该系统能够实现容错控制以提高可靠性。论文研究了该电动机的数学模型与转矩特性,并给出试验结果。

双通道永磁同步伺服系统的容错性能

航空双通道永磁同步伺服系统由双绕组永磁同步电动机与两套功率电路组成,在一个通道故障时能够实现容错工作模式,以提高系统的任务可靠性。论文研究了该电动机容错工作模式下静态和动态特性、允许工作电流和转矩,通过仿真分析了伺服系统在容错模式下电机功率损耗与控制性能的关系。

基于 H_∞/LTR 转子磁通观测器的异步电机调速系统

讨论了一种基于Ｈ∞／ＬＴＲ磁通观测器的异步电机调速系统的设计方法，提出了将Ｈ∞／ＬＴＲ过程应用于异步电机调速系统的磁通估计问题中．首先对Ｈ∞／ＬＴＲ状态观测器的设计方法、存在条件进行了分析，然后讨论了异步电机调速系统和Ｈ∞／ＬＴＲ磁通观测器的设计过程。

余度机电作动器(EMA)系统BIT设计分析

讨论了一种由稀土永磁无刷电机构成的具有余度结构的机电作动器（EMA）系统的BYF设计问题。首先分析了该系统的测试性，然后根据BIT功能要求提出了故障检测方法。

双通道无刷直流电动机容错动态性能分析

研究了一种应用于飞机舵机的双通道无刷直流电动机,该电动机在任意1个通道故障时,可以采用单通道工作的容错运行模式,提高飞机舵机的任务可靠性。讨论了该电动机的电磁时间常数、机电时间常数和频率响应特性,给出了机械特性试验曲线和频率响应试验结果:分析了容错运行状态下电磁转矩和功率损耗的关系,由于电动机功率损耗的限制,在容错运行状态下电动机输出的电磁转矩降低。飞机舵机为要求快速调节的位置伺服系统,电磁转矩的降低直接影响到电动机的动态性能;仿真分析了功率损耗对系统容错运行动态性能的影响,并给出了试验结果,验证了仿真分析结果是正确的。

一种适用于航空电力作动器负载的三相PWM整流器最大功率控制

航空电力作动器是未来多电飞机电网的重要负载,具有功率大范围快速变化的用电特性,被称为动态负载。为获得好的用电性能,本论文研究了适用于电力作动器的PWM整流控制技术,提出了一种最大功率输出的控制方法。该控制方案解决了负载电流大范围变化时,整流器输出电压动态压降较大,甚至不稳定的问题。论文分析了航空电力作动器的负载特性及其对供电电源的影响,论述了基于最大功率输出控制的三相PWM整流器的设计思想和系统结构。通过仿真,将提出的最大功率控制方案与传统的双闭环PI控制器的控制效果进行了比较。并用一台10kW电力作动器样机作为负载进行了实验验证。仿真和实验结果表明,这种控制器可在一定程度上提高整流器的输出功率,对大范围变化的动态负载有更好的控制性能。

一种适用于航空电源变换的新型混合整流电路功率控制

该文针对一种适用于航空电源变换的新型混合整流电路进行了研究,并提出了一种最优功率控制方法。该电路采用脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器和二极管整流器的并联结构,有效地抑制了网侧电流谐波,其中PWM整流部分能够承担部分比例可控的有功功率,使整流电路得到了更加充分的利用。提出了具有双电流闭环结构的新型功率控制方法,解决了混合整流电路中功率如何分配的问题,得到了最优分配点,使PWM整流部分承担的视在功率最小。同时研究了该电路中滤波电感和电流谐波的关系,提出的基于电流控制的功率因数补偿方法,保证了有滤波电感情况下电网侧的高功率因数。论文通过仿真验证了控制方法的正确性、不同滤波电感参数对电流谐波的影响,并通过实验验证了功率分配和能量回馈性能。

具有阻尼滤波器的恒功率负载系统在大扰动下的稳定性

现代飞机供电系统的变换器负载和电动机负载不断增加,这种负载因内部闭环控制而呈现恒功率特性,即负阻抗特性,这对系统稳定性提出挑战。本文提出加入参数恰当的阻尼滤波器以增强恒功率负载系统的稳定性,并基于混合势函数理论建立了4种结构的阻尼滤波器与恒功率负载组合系统的数学模型,分别推导得到了系统大扰动条件下的稳定性判据。该判据是在考虑恒功率负载负阻抗大小的基础上,给出了阻尼滤波器元件参数的约束条件。最后对大扰动判据进行了实验验证。

基于FFT和专家系统的BLDCM系统故障检测与识别

针对具有双通道结构的无刷直流电动机(BLDCM,Brushless DC Motor)容错系统的高可靠性要求和大范围调速特点,在不增加额外设备的条件下,通过分析两个通道中功率电路直流母线电流波形的特点,提出一种采用归一化快速傅里叶变换(FFT,Fast FourierTransform)方法提取频率特征,再结合基于规则的专家系统进行故障检测与识别的方法,并通过实际电动机系统的试验验证了方法的正确性.试验结果表明:规一化FFT方法可以消除不同转速和不同负载对判断结果的影响;专家系统中阈值的选取可以有效避免实际应用中出现的噪声等因素的影响.算法复杂度低,可靠性高,易于应用,具有很强的实际操作性.

具有双级LC滤波器的恒功率负载系统在大扰动下的稳定性

现代军用多电飞机270 V直流供电系统中的功率电子负载和电动机负载不断增加,这种负载因内部闭环控制而呈现恒功率的特性,即呈现出负阻抗特性,该特性与滤波元件间的相互作用会严重危害系统的稳定性。研究具有双级LC滤波器的恒功率负载系统的稳定性,建立基于混合势函数理论的数学模型,推导得到系统在大扰动条件下的稳定性判据。该判据是在考虑恒功率负载负阻抗大小的基础上,给出了滤波器元件参数的约束条件。分析及实验结果表明,该判据能够保障系统在大扰动下的稳定性,且结构简单,便于应用。

双通道无刷直流电动机控制系统的均衡问题

研究了应用于下一代飞机机电作动器(EM A)的双通道无刷直流电动机控制系统的均衡问题。分析了该电机工作在各种不平衡状态下的转矩与功率损耗的特性,提出了一种电流均衡控制方法,并且给出了试验结果。

基于负阻抗补偿法的调速系统阻抗特性分析

采用高压直流电源供电的多电飞机,恒功率负载大量增加,可能会引起电网电流或电压的谐振,对供电系统的电能质量、稳定性有严重的危害。在用电设备的设计中,首先应保证供电网络的稳定性,在此基础上,还应使电压瞬变和电流瞬变控制在一定的范围内。该文推导采用负阻抗补偿法的直流电网导纳模型,分析其频率特性及负载特性。与传统增大滤波电容法相比,负阻抗补偿法可明显减小谐振幅值,缩短谐振时间,又不依赖于电源内阻。同时分析负阻抗补偿引起的电机启动时的电流瞬变特性,改进电机控制系统的电流限幅方法。通过闭环调速系统的仿真和实验,验证补偿器的设计性能在保证稳定性的同时,可以满足电网瞬变要求。

基于小波变换和聚类的BLDCM故障检测与识别

为了满足航空用机电作动器(EMA,Electro-Mechanical Actuator)高可靠性和大范围调速的要求,充分利用具有双通道容错结构的无刷直流电动机(BLDCM,Brushless DC Motor)系统特殊的结构和换相特点,通过分析两个通道中功率电路直流母线电流波形的突变特征,提出一种采用小波变换(WT,Wavelet Transform)与层次聚类算法(HCA,Hierarchical Clustering Algorithm)相结合的故障检测与诊断方法.并通过实际电机系统试验验证了方法的可行性与正确性.试验结果表明,这种方法对电机断相故障、逆变器功率管断路故障具有明显的检测与识别效果,而且不受转速、负载和噪声的影响.信号特征提取算法简单,故障识别方法可靠性高,无需额外设备,易于应用,具有很强的实际操作性.

负阻抗补偿法在机电作动器上的研究与应用

针对电力作动器类恒功率负载引起的负阻抗效应,提出采用负阻抗补偿法来解决电力作动器系统的稳定性问题,并且进行补偿器设计方法的研究。首先通过推导电网输入导纳得出稳定判据。然后比较常用增大电容法与负阻抗补偿法,分析两种方法对电能品质的影响及稳定性问题,并比较补偿器参数的改变对干扰性能的影响,重点分析比例系数对电网性能的影响。再通过仿真和实验对带有补偿器的作动器系统进行系统性能的验证。结论表明改进型负阻抗补偿法可以在满足系统快速性的同时,采用相对小的电容来保证系统的稳定性。另一方面负阻抗补偿法对大扰动问题仍然适用,同样可以改善电能品质。

基于Matlab的电力系统仿真平台

本文介绍了利用Matlab工具箱开发具有友好灵活界面的电力传动与自动控制系统仿真平台,可供学生选择不同仿真环境——自行设计或给定实例仿真等。根据设定不同的仿真任务,此平台可运于电力传动与自动控制系统方向的专业基础型、综合设计型及研究型多层次的本科生、研究生的培养。

复合式余度机电作动系统的均衡控制方法

研究了一种应用于未来多电飞机的复合式余度机电作动系统,它由两台双绕组无刷直流电动机组成,形成4个电气控制通道和2个电机控制通道的余度结构,具有"单故障工作、双故障安全"的容错能力。分析了容错工作状态下电机和逆变器的损耗、减速器的力矩纷争等性能,提出了在"单故障工作"时应采用电机功率损耗均衡控制方法以获得最佳的综合性能,同时分析了"双故障安全"时系统的输出能力。最后给出一组容错运行状态下电机的温升试验数据。