设施园艺电驱移动平台轮毂电机设计及其磁-热耦合性能

针对设施园艺作业场景下电驱移动平台的低速大扭矩牵引作业需求,该研究设计了一种减速内转子轴向磁通轮毂电机,建立电机的电磁有限元模型并分析其电磁和损耗特性。考虑到绕组电阻率受温度变化影响,构建基于热网络法的轮毂电机磁-热耦合改进模型。与台架试验结果相比,基于改进模型获得的转矩预测值较传统模型的精度提高了5.33%,验证了模型的正确性。利用改进模型分析了温度和相电流对电机转矩特性的影响,仿真结果表明,输出转矩随电机温度增加而降低;在0~20 A,电机平均输出转矩与相电流呈线性关系。试验结果表明,轮毂电机功率随转速增加而增大,峰值功率可达4.59 kW,而转矩基本保持恒定;在转速450~900 r/min、转矩300~600 N·m时,电机效率高达93.2%。研究结果可为轴向磁通电机初步设计与多场耦合影响下电机性能分析提供思路。

设施园艺移动平台分布式驱动自适应防滑控制

针对设施园艺特殊作业场景对电驱移动平台灵活作业与高操纵稳定性需求,该研究设计了一种四轮轮毂电机独立驱动的分布式设施园艺电驱移动平台,并提出了一种可提高转向灵活性与稳定性的自适应防滑控制策略。在该控制策略中,首先构建电驱移动平台动力学模型与Ackermann差速转向模型,结合速度瞬心原理及轮胎侧偏角确定各车轮转向目标转速;其次,为提高电驱移动平台对时变附着系数的适应能力,采用改进的强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波算法设计复杂路面识别器,实现对路面附着系数准确估计;最后,设计基于自适应滑模算法的防滑控制器,根据路面附着系数估计值确定车轮相对最佳滑转率并实时控制滑转率。为验证所提控制策略的有效性,开展了Carsim-MATLAB/Simulink联合仿真与分布式设施园艺电驱移动平台实车试验。试验结果表明,所提控制策略可准确估计复杂道路下路面附着系数,降低车轮滑转率误差;在不变路面、对接路面与对开路面3种工况下,左侧车轮滑转率误差分别为0.031、0.015和0.038,右侧车轮滑转率误差分别为0.026、0.005和0.028;在不变路面与随机路面实测路况下,电驱移动平台路面附着系分别数约为0.44和0.47,最大滑转率分别约为0.69和0.68,有效抑制了轮胎转向时的过度滑转,提高了电驱移动平台的行驶稳定性。研究可为设施园艺车辆驱动防滑控制提供具体理论依据和实施方案。

泵控直驱式线控制动单元的设计与分析

为简化传统汽车制动系统结构,更好地满足智能网联汽车对制动力快速调节的需求,提出了一种泵控直驱式线控制动单元,采用泵控直驱容积伺服技术,通过伺服电机直接驱动双向齿轮泵,实现对制动轮缸压力的控制和快速调节,消除阀控系统的节流损失,有效提升系统效率。在泵控直驱式线控制动单元参数设计及数学建模的基础上,试制了制动单元样机与性能测试平台,分析了轮缸压力变化的响应曲线以及跟随特性。仿真和试验结果证明了泵控直驱式线控制动单元的可行性,12 MPa压力阶跃响应时间为200 ms,系统具有良好的响应速度和稳定性,为线控制动技术提供了一种新的实施方案。

MF型音圈电机滑模-自抗扰控制研究

针对系统外部不确定扰动及内部摩擦力等非线性特性对MF型音圈电机控制系统的影响,提出了基于滑模控制与自抗扰控制结合的复合控制。建立了基于改进LuGre动态摩擦力电机模型,设计了内环采用PI控制的双闭环控制,其中外环在系统远离滑模面时采用滑模控制实现快速响应,到达滑模面趋近平衡点时采用自抗扰控制消除抖振,提高系统稳定性和控制精度。通过与PID控制以及滑模控制对比的仿真和试验数据表明:提出的滑模-自抗扰控制显著提升了MF型音圈电机阶跃响应时间、相位滞后时间、控制精度,同时系统对负载变化以及噪声具有较强的抗扰性和鲁棒性。

直驱式永磁直线电机深度模糊滑模-自抗扰控制

针对直驱系统中各种非线性干扰直接作用下的永磁直线电机控制性能恶化的问题,提出一种深度模糊滑模-自抗扰控制方法。首先,通过非线性扩张状态观测器估计系统不确定扰动,在滑动面设计中引入跟踪误差的积分项,结合饱和函数sat(s)与位移误差的幂函数设计趋近律,从而改进滑模-自抗扰控制方法;其次,为避免设计过程中的主观影响,进一步提升直线电机在复杂工况下的适应能力,基于深度神经网络训练模糊规则,进而调节滑模控制的关键参数。采用所提方法在直驱泵性能测试平台进行了实验研究,结果表明:所提深度模糊滑模-自抗扰控制方法有效提高了直线电机控制精度、响应速度与鲁棒性,直线电机的阶跃响应时间相对于传统滑模控制方法提升了23.87%;正弦目标跟踪的ITAE指标改善是传统滑模控制方法的4.7%、是改进滑模-自抗扰控制方法的13.2%;在传感器白噪声干扰下,正弦目标跟踪的最大跟踪误差相对于改进滑模-自抗扰控制方法改善了一个数量级。

泵控伺服系统关键技术研究综述

由于高效节能环保、集成化程度高、控制灵活等优点,泵控伺服系统在仿生机器人、汽车、航空航天等领域得到越来越多的应用。复杂工况条件下模型参数不确定性、非线性特性和外部扰动等对泵控伺服系统提出了更高的要求。阐述泵控伺服系统组成、工作原理、按不同控制变量分类的控制方式的特点;并分别从精确的建模技术和有效的控制技术两个方面,分析了目前泵控伺服系统控制领域的现状,同时对比了各种控制方法的优缺点;最后总结了泵控伺服系统在系统组成、建模方法和控制方法方面的研究趋势。

电磁直线执行器变论域双模糊自抗扰控制

针对电磁直线执行器系统内部参数扰动和外部不确定性干扰对控制系统的影响,提出了一种变论域双模糊自抗扰控制方法。设计了内电流环采用PI控制,而位置环采用变论域双模糊自抗扰控制的双闭环控制。在不改变输出论域划分的前提下,以一级模糊控制的输出作为伸缩因子,灵活调节二级模糊控制的输出论域,使得模糊控制具有自适应性,提高了控制系统的稳定性和抗干扰能力。研究结果表明,与现有控制方法相比,文章所提出的控制方法不仅具有较好的轨迹跟踪能力和控制精度,并对系统内外部不确定性扰动具有良好的鲁棒性。