电动汽车驱动电机与负载模拟系统建模及电弧故障仿真研究

电弧故障是引发电动汽车电气火灾的重要原因之一。电动汽车行驶工况复杂,电机及其驱动系统电压高、电流大,且其电弧故障随机性强、隐蔽性高导致真车故障实验难以开展,因此提出一种借助小功率电机与负载系统模拟故障的方法,以便快速开展大量实验,研究电弧故障特性。首先,在电动汽车负载转矩计算和等效缩放的基础上搭建了模拟实验平台,采集三相永磁同步电机线路串联电弧故障电流。其次,运用MATLAB软件构建空间矢量脉宽调制控制的电动汽车驱动电机与负载模拟系统,引入Cassie电弧故障模型并进行改进,对电动汽车三相永磁同步电机线路串联电弧故障展开仿真分析。最后,采用基于平肩宽度占比和小波包分解能量占比的特征提取方法,将仿真数据与实测数据进行比较并定量评价。结果表明,所提出的高斯电弧故障复合模型的相对平均误差最小,仅为7.6%。所构建的仿真系统可有效模拟实际线路的电弧故障,对电动汽车电气火灾的防控具有重要意义。

船舶舵机电液负载模拟液压系统建模与分析

针对多余力影响电液负载模拟装置精度和动态特性的问题,搭建电液负载模拟液压系统,并基于电液伺服阀和液压缸的数学模型,构建电液负载模拟装置的阀控液压缸位置伺服系统及力伺服系统的数学模型。采用AMESim软件对电液负载模拟液压系统加载缸的位移及加载力进行建模分析,分析结果表明力超调量过大,由此,提出采用加装先导式比例减压阀来减小外部负载冲击引起的多余力。通过仿真和试验表明,加装先导式比例减压阀可抑制系统压力冲击,有效降低系统多余力。可为电液负载模拟装置多余力的抑制提供理论指导。

泵阀复合式电液负载模拟器流量压力协调控制

针对地面半实物负载模拟实验存在的被测试舵机运动干扰问题,提出流量压力协调控制电液负载模拟方法,并基于泵阀复合电液负载模拟器的加载给出方案。围绕泵阀复合电液负载模拟器建立系统数学模型;基于对泵阀职能分工的思想,利用反步滑模控制器设计方法,分别为泵控闭式子系统和阀控子系统设计速度伺服和力伺服控制器。通过联合仿真,验证所提出的技术方案和控制策略的可行性及有效性。结果表明:所提流量压力协调控制电液负载模拟方法具有优良的加载性能,且对降低系统功耗有显著效果。

双泵分腔调控电液负载模拟系统复合滑模控制

针对阀控电液负载模拟系统中存在的能耗高、非线性摩擦和舵机运动干扰等问题,提出双泵控制电液负载模拟系统的方案,并且采用滑模控制以保证系统的鲁棒性。建立双泵分腔调控电液负载模拟系统的数学模型;在此基础上,针对单泵控系统动态特性差的问题,设计力-总压力复合控制策略,使其具有和阀控系统相似的动态特性;对于传统的滑模控制造成系统抖振而引起系统的跟踪效果不好的问题,提出一种基于模糊趋近律的等效滑模控制器,并对其稳定性进行了理论分析。最后,经过联合仿真,验证了所设计的控制策略和控制器具有可行性和有效性。结果表明:所提出的复合滑模控制电液负载模拟系统具有良好的跟踪效果,且能够显著地降低系统能耗。

基于模糊PID的电动负载模拟器控制

针对机械负载的动力学模拟问题,该文给出了基于电动系统的负载模拟控制方法,该控制方法可以模拟机械负载的静态和动态特性。负载模拟系统可用于电力传动系统的测试以及复杂的控制算法的验证,在系统中采用负载模拟电动机代替实际机械负载。首先给出了负载模拟实验平台的数学模型,然后详细推导了负载模拟控制方法,该策略利用闭环控制计算负载模拟电机的参考转矩。仿真结果表明,不仅在负载模拟系统转动惯量与真实机械系统转动惯量相近情况下有效,而且在二者转动惯量相差很大的情况下依然有效。

舵机电动负载模拟器迭代学习控制

针对舵机电动负载模拟器(ELSSG)受到多余力矩干扰的问题,提出了一种结合迭代学习控制与误差符号鲁棒积分控制(RISE)的复合控制器。建立了ELSSG的数学模型,分析了多余力矩的产生机理。在硬件结构上,引入了金属-橡胶缓冲弹簧以提高系统稳定性及加载精度;在控制策略上,基于误差符号鲁棒积分控制与自适应遗忘因子改进的引导信号迭代学习控制设计了复合控制器,并证明了该迭代学习控制的收敛条件。通过仿真实验证明了复合控制器与传统迭代学习控制方法、PID控制方法相比,能够更加有效地消除多余力矩干扰,提高ELSSG加载力矩输出精度。

基于模型参考自适应的电液负载模拟器主动加载力控制研究

针对电液负载模拟器在主动加载过程中参数不确定、非线性、易受到外部干扰等导致控制精度较低的问题,提出一种基于模型参考自适应的主动加载力控制方法。根据电液负载模拟器加载系统的工作原理,建立系统的数学模型,通过对参数模型辨识得到系统的传递函数,设计模型参考自适应控制器,并基于李雅普诺夫理论验证控制器的稳定性。最后,通过AMESim和Simulink联合仿真模型对提出的控制方法进行分析。仿真结果表明:与传统PID控制器相比,在不同加载力指令下,模型参考自适应控制器显著提升了加载系统的控制精度和响应速度,加载力误差控制在0.6%以内,有效抑制了外部干扰。

飞机舵机电液负载模拟装置故障诊断策略研究

飞机舵机电液负载模拟装置是一种时变非线性的多部件耦合控制系统,其内部的功能诊断具有很强的复杂性和不确定性。针对飞机舵机电液负载模拟装置故障诊断过程中出现诊断结果不稳定和精度不足的问题,在电液负载模拟装置的工作原理基础上,对不同特性的部件设计了基于时间触发和基于事件触发的故障计数器,采用故障阈值分段和故障事件分区的故障诊断策略进行故障诊断,最后在构建的故障注入实验环境中验证故障诊断策略的可靠性和准确性。实验结果表明,所设计的故障诊断策略能够提高飞机舵机电液负载模拟装置的故障诊断稳定性和准确性。

频率变化条件下负载模拟器改进迭代学习PID控制

针对电动负载模拟器因多余力矩造成的输出力矩误差问题,提出了一种改进迭代学习控制与增量式PID控制相结合的复合控制器。首先,介绍了电动负载模拟器的组成元件并根据其原理建立了系统数学模型,在此基础上分析了多余力矩的产生原因及舵机工作信号频率对多余力矩的影响;其次,设计了基于tanh函数改进的引导信号迭代学习控制器,并给出了其收敛条件,将该控制器与PID控制器结合设计了复合控制器。仿真实验表明,提出的复合控制器能有效抑制多余力矩对电动负载模拟器输出力矩的干扰,在变频率舵机工作信号引起的多余力矩影响下仍然能保证电动负载模拟器的加载精度。

基于永磁同步电机的负载模拟器性能研究

提出以永磁同步电机为加载电机的电动负载模拟器复合控制策略。首先建立基于永磁同步电机的电动负载模拟器系统模型,然后分析系统刚度和惯量对系统性能的影响。利用结构不变性原理推导出前馈补偿策略,提出将模糊自适应PID控制算法与前馈补偿策略相结合的复合控制算法,最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了控制算法的可行性,提高了系统性能。

液压缸负载模拟实验台设计

目前主流的对于液压缸推移控制技术的研究重点都聚焦于支架电液控制系统,缺少对于液压系统和元部件的机理研究。为此提出了一种基于液压系统原理的液压缸负载模拟实验台,分为负载模拟台架和测控系统两部分。负载模拟台架由倾角、侧推、阻力负载3个功能机构组成,实现了液压缸的姿态调节和负载模拟;测控系统由测试程序和相关硬件构成,实现了实验台的安全、自动化控制。该实验台建立了一个液压缸负载模拟实验体系,为液压缸的控制技术和相关液压元部件的设计研制提供了实验条件。通过相关实验,验证了实验台的负载模拟效果,并结合目前数字式液压缸的相关研究,为实验台未来的改进方向提供了思路。

基于改进萤火虫算法的电动负载模拟系统设计

针对飞机舵机电动负载模拟系统因非线性干扰和多余力导致加载性能不良的问题,采用直线音圈电机改变传统加载方式,并提出一种基于不完全随机萤火虫算法、结合扰动信号前馈控制和多工况专家控制的复合控制策略。在前馈环节,以舵机输出位置信号作为扰动,计算并设计前馈补偿控制器对其进行抑制;在反馈环节,采用多工况专家控制,通过对模拟气动载荷工况和误差信号的判断,设计专家控制规则;同时,利用不完全随机初始化法和动态变步长搜索法对萤火虫算法进行改进,使其完成对专家控制的参数寻优。仿真结果表明,系统在复合控制器作用下的加载精度和加载误差均优于传统PID控制系统,对多余力的抑制程度可达78%,控制性能得到明显提升。

负载模拟器的评价指标体系

总结了当前流行的评价标准,指出其优点和不足,然后从两个方面论述了负载模拟器的指标体系与性能要求:一是从单纯的载荷谱动态跟踪精度出发来评价负载模拟器,提出通过研究舵机本身的运动特性与载荷谱特性来进行加载系统的设计;另外一个方面是从舵机测试需求的角度提出对负载模拟器的跟踪精度的要求,着重讨论了加载精度和舵机位置动态刚度对舵机测试精度的影响。

新型舵机负载模拟系统电动加载技术研究

以某新型电动舵机负载模拟系统的研制为背景,通过建立电动加载数学模型和多余力影响因素分析,阐述了电动加载系统的机械结构、加载控制和软件开发的总体方案;提出了基于低惯量大扭矩直驱电机和位置预测控制算法的电动加载技术,进行了加载控制系统建模与仿真;并成功研制出物理样机,该系统多余力消除效果好,动态性能高。

电动负载模拟器控制系统设计

电动负载模拟器可以模拟飞行器飞行过程中舵机承受的铰链力矩,是舵机测试和半实物仿真的关键设备之一。论文分析了电动负载模拟器的组成及工作原理,建立了数字仿真模型,详细分析了电动负载模拟器的特点,通过采用力变化速度反馈改善了系统的阻尼特性,设计了基于偏差最优的PID控制器,并基于不变性原理对舵机运动进行补偿,实现了电动负载模拟器的快速、高精度控制,最后通过仿真验证了控制系统设计的正确性。

伺服机构负载模拟系统设计与动态特性分析

针对火箭发动机喷管伺服机构的负载模拟问题,采用机械的方式,设计了一种可对伺服机构的惯性负载、摩擦力矩负载、弹性力矩负载、安装刚度以及发动机喷管柔性特征进行模拟的负载模拟器,并建立了模拟器和伺服机构数学模型.仿真分析了惯性负载、弹性力矩以及喷管柔性对伺服机构负载多自由度特性的影响.通过对伺服机构扫频实验,负载模拟器中的负载在一定范围内调节,可复现伺服机构实际工作中的动态特性.说明该负载模拟器结构设计合理,从而为具有多自由度特性的火箭伺服机构的负载模拟系统设计提供参考.该系统已经得到实际应用.

大力矩电动负载模拟器设计与建模

负载模拟器可以模拟飞行器飞行过程中舵机承受的铰链力矩,是重要的半实物仿真设备之一。提出了一种基于直流力矩电机和线性驱动器的加载方案,并通过弹簧杆调节加载系统连接刚度,降低了影响电动负载模拟器性能的噪声干扰和多余力矩,设计了力矩输出大、加载精度和频响高的电动负载模拟器。建立了电动负载模拟器系统的数学模型,并与实测结果进行了对比验证。

电液负载模拟器的复合控制

提出了同时以速度和加速度作为参考输入量进行多余力的消除的结构不变性原理的改进方法;进一步研究了位置同步补偿的优点和不足,提出利用舵机伺服阀的控制信号进行速度同步控制抑制多余力矩的新方案。最后给出了基于线性理论的复合控制方法,仿真和试验结果证明该方案在系统的动态品质、鲁棒性和消扰能力等方面具有相当好的效果。

负载模拟器中的摩擦力及其补偿控制

介绍了利用变增益PID控制方法补偿负载模拟器中摩擦力的方法。分析了负载模拟器系统中的各种非线性问题和摩擦力矩对高精度负载模拟器产生的非常重要的影响 ,并对摩擦现象进行了建模 ,提出了变增益PID控制方法对其进行补偿 ,为含有强摩擦影响的系统综合控制性能的提高提供了一个解决途径 ,同时和准积分方法进行了对照。实验证明了变增益PID控制方法的有效性和简洁性。

电液负载模拟器的精确数学模型

建立了电液负载模拟器的精确数学模型,更加深刻地揭示了系统的本质,证明多余力不仅与舵机扰动速度有关,还和扰动加速度有关,在此基础上改进了传统的结构不变性原理。试验证明了复杂数学模型的正确性和对系统消扰方法的指导作用。